Kompiuterinės technologijos vystosi itin sparčiai. Yra naujų maketų ir patobulinimų, kurie turi atitikti vis didėjančius reikalavimus. Vienas iš įdomiausių dalykų yra labai didelis integrinis grandynas. Kas tai yra? Kodėl ji turi tokį vardą? Žinome, kaip reiškia VLSI, bet kaip tai atrodo praktiškai? Kur jie naudojami?
Plėtros istorija
Šeštojo dešimtmečio pradžioje pasirodė pirmosios puslaidininkinės mikroschemos. Nuo tada mikroelektronika nuėjo ilgą kelią nuo paprastų loginių elementų iki sudėtingiausių skaitmeninių įrenginių. Šiuolaikiniai sudėtingi ir daugiafunkciai kompiuteriai gali veikti naudojant vieną puslaidininkinį kristalą, kurio plotas yra vienas kvadratinis centimetras.
Kažkaip jie turėjo būtiklasifikuoti ir atskirti. Labai didelis integrinis grandynas (VLSI) taip pavadintas, nes reikėjo nurodyti mikroschemą, kurios integracijos laipsnis viršijo 104 elementus viename luste. Tai atsitiko aštuntojo dešimtmečio pabaigoje. Per kelerius metus tapo aišku, kad tai buvo bendra mikroelektronikos kryptis.
Taigi, labai didelis integrinis grandynas taip pavadintas, nes reikėjo suskirstyti visus pasiekimus šioje srityje. Iš pradžių mikroelektronika buvo sukurta remiantis surinkimo operacijomis ir buvo įtraukta į sudėtingų funkcijų įgyvendinimą, sujungdama daugybę elementų viename dalyke.
O kas tada?
Iš pradžių nemaža dalis pagamintos produkcijos pabrangimo buvo būtent surinkimo procese. Pagrindiniai etapai, kuriuos turėjo pereiti kiekvienas gaminys, yra komponentų jungčių projektavimas, įgyvendinimas ir patikrinimas. Funkcijos, kaip ir praktiškai įdiegtų įrenginių matmenys, riboja tik naudojamų komponentų skaičius, jų patikimumas ir fiziniai matmenys.
Taigi, jei jie sako, kad labai didelis integrinis grandynas sveria daugiau nei 10 kg, tai visiškai įmanoma. Vienintelis klausimas yra tokio didelio komponentų bloko naudojimo racionalumas.
Plėtra
Norėčiau padaryti dar vieną nedidelį nukrypimą. Istoriškai integriniai grandynai buvo patraukti dėl mažo dydžio ir svorio. Nors pamažu, vystantis, atsirado galimybių vis arčiauelementų išdėstymas. Ir ne tik. Tai turėtų būti suprantama ne tik kaip kompaktiška vieta, bet ir kaip ergonominių rodiklių pagerėjimas, našumo ir veikimo patikimumo padidėjimas.
Ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas medžiagų ir energijos rodikliams, kurie tiesiogiai priklauso nuo vienam komponentui naudojamo kristalo ploto. Tai daugiausia priklausė nuo naudojamos medžiagos. Iš pradžių germanis buvo naudojamas puslaidininkiniams gaminiams. Tačiau laikui bėgant jį išstūmė silicis, kuris pasižymi patrauklesnėmis savybėmis.
Kas dabar naudojamas?
Taigi žinome, kad labai didelis integrinis grandynas taip pavadintas, nes jame yra daug komponentų. Kokios technologijos šiuo metu naudojamos joms sukurti? Dažniausiai kalbama apie gilų submikroninį regioną, leidžiantį efektyviai panaudoti 0,25–0,5 mikrono komponentus, ir nanoelektroniką, kur elementai matuojami nanometrais. Be to, pirmoji palaipsniui tampa istorija, o antroji daroma vis daugiau atradimų. Štai trumpas kuriamų patobulinimų sąrašas:
- Ypatingai didelės silicio grandinės. Jie turi minimalų komponentų dydį giliame submikroniniame regione.
- Didelės spartos heterosandūriniai įrenginiai ir integriniai grandynai. Jie pagaminti iš silicio, germanio, galio arsenido ir daugelio kitų junginių.
- Nano mastelio prietaisų technologija, iš kurių atskirai reikėtų paminėti nanolitografiją.
Nors čia nurodyti maži dydžiai, tačiau nereikia suklysti, kuris yragalutinis itin didelis integrinis grandynas. Bendri jo matmenys gali skirtis centimetrais, o kai kuriuose konkrečiuose įrenginiuose net metrais. Mikrometrai ir nanometrai yra tik atskirų elementų (pvz., tranzistorių) dydžio, o jų skaičius gali siekti milijardus!
Nepaisant tokio skaičiaus, gali būti, kad itin didelio masto integrinis grandynas sveria kelis šimtus gramų. Nors gali būti, kad jis bus toks sunkus, kad net suaugęs žmogus negalės pats jo pakelti.
Kaip jie kuriami?
Panagrinėkime šiuolaikines technologijas. Taigi, norint sukurti itin grynas puslaidininkines vienakristalines medžiagas, taip pat technologinius reagentus (įskaitant skysčius ir dujas), jums reikia:
- Užtikrinti itin švarias darbo sąlygas plokštelių apdorojimo ir transportavimo srityje.
- Plėtoti technologines operacijas ir sukurti įrangos komplektą, kuriame bus automatizuotas procesų valdymas. Tai būtina norint užtikrinti nurodytą apdorojimo kokybę ir žemą užterštumo lygį. Nors neturėtume pamiršti apie aukštą sukurtų elektroninių komponentų našumą ir patikimumą.
Ar tai pokštas, kai kuriami elementai, kurių dydis skaičiuojamas nanometrais? Deja, žmogui neįmanoma atlikti operacijų, kurioms reikalingas fenomenalus tikslumas.
O vietiniai gamintojai?
KodėlAr itin didelė integrinė grandinė yra stipriai susijusi su užsienio plėtra? Praėjusio amžiaus 50-ųjų pradžioje SSRS užėmė antrąją vietą elektronikos kūrimo srityje. Tačiau dabar šalies gamintojams itin sunku konkuruoti su užsienio įmonėmis. Vis dėlto viskas nėra blogai.
Taigi, kalbant apie sudėtingų mokslui imlių produktų kūrimą, galime drąsiai teigti, kad dabar Rusijos Federacija turi sąlygas, personalą ir mokslinį potencialą. Yra nemažai įmonių ir įstaigų, galinčių kurti įvairius elektroninius prietaisus. Tiesa, visa tai yra gana ribota apimtimi.
Taigi, taip dažnai būna, kai kūrimui naudojamos aukštųjų technologijų „žaliavos“, tokios kaip VLSI atmintis, mikroprocesoriai ir valdikliai, kurie buvo pagaminti užsienyje. Tačiau tuo pačiu metu tam tikros signalų apdorojimo ir skaičiavimo problemos išsprendžiamos programiškai.
Nors nereikėtų manyti, kad galime tik įsigyti ir surinkti įrangą iš įvairių komponentų. Taip pat yra vietinių procesorių, valdiklių, itin didelio masto integrinių grandynų ir kitų patobulinimų versijų. Tačiau, deja, jie negali konkuruoti su pasaulio lyderiais savo efektyvumu, o tai apsunkina jų komercinį įgyvendinimą. Tačiau naudoti juos buitinėse sistemose, kur nereikia daug energijos arba reikia pasirūpinti patikimumu, visiškai įmanoma.
PLC programuojamai logikai
Tai yra atskirai priskirtas daug žadantis plėtros tipas. Jie nekonkuruoja tose srityse, kur reikia kurtididelio našumo specializuoti įrenginiai, orientuoti į aparatinės įrangos diegimą. Dėl to išsprendžiama apdorojimo proceso lygiagretinimo užduotis ir našumas padidėja dešimt kartų (lyginant su programinės įrangos sprendimais).
Iš esmės šiose itin didelės apimties integrinėse grandinėse yra universalūs, konfigūruojami funkcijų keitikliai, leidžiantys vartotojams tinkinti jų tarpusavio ryšius. Ir viskas ant vieno kristalo. Rezultatas – trumpesnis gamybos ciklas, ekonominė nauda mažos apimties gamybai ir galimybė atlikti pakeitimus bet kuriame projektavimo etape.
Programuojamų loginių itin didelių integrinių grandynų kūrimas trunka kelis mėnesius. Po to jie sukonfigūruojami per trumpiausią įmanomą laiką - ir visa tai yra minimaliomis sąnaudomis. Yra įvairių gamintojų, jų kuriamų produktų architektūros ir galimybių, o tai labai padidina gebėjimą atlikti užduotis.
Kaip jie klasifikuojami?
Paprastai naudojama:
- Loginis pajėgumas (integravimo laipsnis).
- Vidinės struktūros organizavimas.
- Naudoto programuojamo elemento tipas.
- Funkcijų keitiklio architektūra.
- Vidinės RAM yra / nėra.
Kiekviena prekė nusipelno dėmesio. Deja, straipsnio dydis yra ribotas, todėl mes atsižvelgsime tik į svarbiausią komponentą.
Kas yraloginis pajėgumas?
Tai pati svarbiausia labai didelio masto integrinių grandynų savybė. Juose esančių tranzistorių skaičius gali siekti milijardus. Tačiau tuo pat metu jų dydis prilygsta apgailėtinai mikrometro daliai. Tačiau dėl struktūrų pertekliaus loginis pajėgumas matuojamas vartų skaičiumi, kurio reikia įrenginiui įdiegti.
Jiems žymėti naudojami šimtų tūkstančių ir milijonų vienetų rodikliai. Kuo didesnė loginio pajėgumo vertė, tuo daugiau galimybių mums gali pasiūlyti itin didelio masto integrinis grandynas.
Apie siekiamus tikslus
VLSI iš pradžių buvo sukurta penktos kartos mašinoms. Gamindami jie vadovavosi srautinio perdavimo architektūra ir išmanios žmogaus ir mašinos sąsajos įdiegimu, kuri ne tik suteiks sistemingą problemų sprendimą, bet ir suteiks Mašai galimybę logiškai mąstyti, savarankiškai mokytis ir piešti logiškai. išvados.
Buvo manoma, kad bendravimas vyks natūralia kalba naudojant kalbos formą. Na, vienaip ar kitaip tai buvo įgyvendinta. Tačiau vis tiek tai dar toli nuo visiško idealių itin didelių integrinių grandynų kūrimo be problemų. Tačiau mes, žmonija, su pasitikėjimu judame į priekį. VLSI projektavimo automatizavimas vaidina svarbų vaidmenį.
Kaip minėta anksčiau, tam reikia daug žmogiškųjų ir laiko išteklių. Todėl norint sutaupyti, automatizavimas plačiai naudojamas. Juk kai reikia užmegzti ryšius tarp milijardųkomponentų, net kelių dešimčių žmonių komanda tam skirs metų metus. Tuo tarpu automatika gali tai padaryti per kelias valandas, jei yra nustatytas teisingas algoritmas.
Tolimesnis mažinimas dabar atrodo problemiškas, nes jau artėjame prie tranzistorių technologijos ribos. Jau dabar patys mažiausi tranzistoriai yra vos kelių dešimčių nanometrų dydžio. Jei sumažinsime juos kelis šimtus kartų, tada tiesiog susidursime su atomo matmenimis. Be jokios abejonės, tai yra gerai, bet kaip judėti į priekį, didinant elektronikos efektyvumą? Norėdami tai padaryti, turite pereiti į naują lygį. Pavyzdžiui, norint sukurti kvantinius kompiuterius.
Išvada
Ypatingai didelio masto integriniai grandynai padarė didelę įtaką žmonijos raidai ir mūsų turimoms galimybėms. Tačiau tikėtina, kad jie greitai pasens ir juos pakeis kažkas visiškai kitokio.
Juk, deja, mes jau artėjame prie galimybių ribos, o žmonija neįpratusi stovėti vietoje. Todėl tikėtina, kad itin dideliems integriniams grandynams bus suteikta garbė, o po to jie bus pakeisti pažangesnio dizaino. Tačiau kol kas mes visi naudojame VLSI kaip esamos kūrybos viršūnę.
