Компьютерийн технологи асар хурдацтай хөгжиж байна. Өсөн нэмэгдэж буй шаардлагад нийцэх ёстой шинэ загвар, бүтээн байгуулалтууд бий. Хамгийн сонирхолтой зүйлсийн нэг бол маш том интеграл схем юм. Энэ юу вэ? Тэр яагаад ийм нэртэй байдаг юм бэ? Бид VLSI-г хэрхэн илэрхийлдэгийг мэддэг, гэхдээ практик дээр энэ нь ямар харагддаг вэ? Тэдгээрийг хаана ашигладаг вэ?
Хөгжлийн түүх
Жараад оны эхээр анхны хагас дамжуулагч бичил схемүүд гарч ирэв. Түүнээс хойш микроэлектроник нь энгийн логик элементүүдээс хамгийн нарийн төвөгтэй тоон төхөөрөмж хүртэл урт замыг туулсан. Орчин үеийн нарийн төвөгтэй, олон үйлдэлт компьютерууд нь нэг квадрат см талбайтай нэг хагас дамжуулагч нэг талст дээр ажиллах боломжтой.
Ямар нэгэн байдлаар тэднийг авах ёстой байсанангилах, ялгах. Маш том интеграл хэлхээг (VLSI) ингэж нэрлэжээ, учир нь интеграцийн зэрэг нь чип бүрт 104 элементээс давсан микро схемийг тодорхойлох шаардлагатай байсан. Энэ нь далаад оны сүүлээр болсон юм. Хэдэн жилийн дотор энэ нь микроэлектроникийн ерөнхий чиглэл болох нь тодорхой болсон.
Тиймээс энэ чиглэлийн бүх ололт амжилтыг ангилах шаардлагатай байсан тул маш том интеграл хэлхээг ингэж нэрлэсэн. Анх микроэлектроник нь угсрах үйлдлүүд дээр бүтээгдсэн бөгөөд олон элементүүдийг нэг зүйлд нэгтгэх замаар нарийн төвөгтэй функцуудыг гүйцэтгэдэг байв.
Тэгээд яах вэ?
Үйлдвэрлэсэн бүтээгдэхүүний өртгийн өсөлтийн нэлээд хэсэг нь яг угсралтын явцад байсан. Бүтээгдэхүүн бүрийг туулах ёстой гол үе шатууд нь дизайн, хэрэгжилт, бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хоорондын холболтыг шалгах явдал юм. Практикт хэрэгжсэн төхөөрөмжүүдийн функцууд болон хэмжээсүүд нь зөвхөн ашигласан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоо, тэдгээрийн найдвартай байдал, физик хэмжээсээр хязгаарлагддаг.
Тиймээс хэрэв тэд маш том интеграл хэлхээг 10 кг-аас дээш жинтэй гэж хэлбэл энэ нь бүрэн боломжтой юм. Цорын ганц асуулт бол ийм том бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашиглах оновчтой эсэх юм.
Хөгжил
Би дахиад нэг жижиг ухралт хиймээр байна. Түүхээс харахад интеграл схемүүд нь жижиг хэмжээс, жингээрээ татагддаг. Хэдийгээр аажмаар хөгжихийн хэрээр улам ойртох боломжууд гарч ирэвэлементүүдийг байрлуулах. Зөвхөн биш. Үүнийг зөвхөн авсаархан байрлуулаад зогсохгүй эргономик үзүүлэлтүүд сайжирч, гүйцэтгэл нэмэгдэж, үйл ажиллагааны найдвартай байдлын түвшин нэмэгдсэн гэж ойлгох хэрэгтэй.
Бүрэлдэхүүн хэсэг бүрт ашигласан болорын талбайгаас шууд хамаардаг материал ба эрчим хүчний үзүүлэлтүүдэд онцгой анхаарал хандуулах хэрэгтэй. Энэ нь ашигласан бодисоос ихээхэн хамаардаг. Эхэндээ германийг хагас дамжуулагч бүтээгдэхүүнд ашигладаг байсан. Гэвч цаг хугацаа өнгөрөхөд түүнийг илүү сэтгэл татам шинж чанартай цахиураар орлуулсан.
Одоо юу ашиглаж байна?
Тиймээс маш том интеграл хэлхээ нь олон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг агуулсан учраас ийм нэртэй байдгийг бид мэднэ. Тэдгээрийг бий болгоход одоогоор ямар технологи ашиглаж байна вэ? Ихэнхдээ тэд 0.25-0.5 микрон дахь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг үр дүнтэй ашиглах боломжийг олгодог гүн дэд микрон бүс, элементүүдийг нанометрээр хэмждэг наноэлектроникийн талаар ярьдаг. Түүгээр ч зогсохгүй эхнийх нь аажмаар түүх болж, хоёр дахь нь улам олон нээлт хийгдэж байна. Энд бүтээгдэж буй бүтээн байгуулалтын товч жагсаалт байна:
- Хэт том цахиурын хэлхээ. Тэд гүн дэд микрон бүсэд хамгийн бага бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хэмжээтэй байна.
- Өндөр хурдны гетерогцолтын төхөөрөмж ба нэгдсэн хэлхээ. Тэдгээр нь цахиур, германий, галлийн арсенид болон бусад олон тооны нэгдлүүдийн үндсэн дээр бүтээгдсэн.
- Нано хэмжээст төхөөрөмжийн технологи, үүнээс нанолитографийг тусад нь дурдах хэрэгтэй.
Хэдийгээр жижиг размерыг энд заасан байгаа ч аль нь вэ гэж андуурах шаардлагагүй.эцсийн хэт том нэгдсэн хэлхээ. Түүний ерөнхий хэмжээсүүд нь см-ээр, зарим төхөөрөмжид бүр метрээр өөр байж болно. Микрометр ба нанометр нь зөвхөн бие даасан элементүүдийн хэмжээ (транзистор гэх мэт) бөгөөд тэдгээрийн тоо хэдэн тэрбумаар хэмжигдэж болно!
Тийм тоо байгаа хэдий ч хэт том хэмжээний нэгдсэн хэлхээ нь хэдэн зуун грамм жинтэй байж магадгүй юм. Хэдийгээр насанд хүрсэн хүн ч өөрөө өргөж чадахгүй болтлоо хүнд байх магадлалтай.
Тэд яаж бүтээгдсэн бэ?
Орчин үеийн технологийг авч үзье. Тиймээс, хэт цэвэр хагас дамжуулагч нэг талст материал, түүнчлэн технологийн урвалжууд (шингэн ба хий зэрэг) бий болгохын тулд танд дараах зүйлс хэрэгтэй:
- Вафель боловсруулах, тээвэрлэх хэсэгт ажлын маш цэвэр нөхцөлийг хангана.
- Технологийн үйл ажиллагааг хөгжүүлж, процессын автоматжуулсан хяналттай тоног төхөөрөмжийг бий болгоно. Энэ нь боловсруулалтын тодорхой чанар, бохирдлын түвшин бага байх шаардлагатай. Хэдийгээр бид бүтээсэн электрон эд ангиудын өндөр гүйцэтгэл, найдвартай байдлын талаар мартаж болохгүй.
Хэмжээг нь нанометрээр тооцдог элементүүдийг бүтээх нь онигоо юу? Харамсалтай нь, хүн гайхалтай нарийвчлал шаарддаг үйлдлүүдийг хийх боломжгүй юм.
Дотоодын үйлдвэрлэгчид яах вэ?
ЯагаадХэт том интеграл хэлхээ нь гадаадын бүтээн байгуулалттай хүчтэй холбоотой юу? Өнгөрсөн зууны 50-аад оны эхээр ЗСБНХУ электроникийн хөгжлөөр хоёрдугаар байр эзэлжээ. Харин одоо дотоодын үйлдвэрлэгчид гадаадын компаниудтай өрсөлдөхөд туйлын хэцүү байна. Гэхдээ энэ бүгд муу биш.
Тиймээс шинжлэх ухаан их шаарддаг нарийн төвөгтэй бүтээгдэхүүн бүтээх тухайд ОХУ-д орчин нөхцөл, боловсон хүчин, шинжлэх ухааны чадавхи бий гэж бид итгэлтэйгээр хэлж чадна. Төрөл бүрийн электрон төхөөрөмж боловсруулах боломжтой цөөн хэдэн аж ахуйн нэгж, байгууллагууд байдаг. Энэ бүхэн маш хязгаарлагдмал хэмжээгээр байгаа нь үнэн.
Тиймээс гадаадад үйлдвэрлэсэн VLSI санах ой, микропроцессор, хянагч гэх мэт өндөр технологийн "түүхий эд"-ийг боловсруулахад ихэвчлэн ашигладаг. Гэхдээ үүнтэй зэрэгцэн дохионы боловсруулалт, тооцооллын тодорхой асуудлуудыг программчлан шийддэг.
Хэдийгээр бид зөвхөн төрөл бүрийн эд ангиас тоног төхөөрөмж худалдан авч, угсарч чадна гэж үзэж болохгүй. Мөн процессор, хянагч, хэт том интеграл схем болон бусад бүтээн байгуулалтын дотоодын хувилбарууд байдаг. Гэвч харамсалтай нь тэд үр ашгийн хувьд дэлхийн удирдагчидтай өрсөлдөж чадахгүй байгаа нь арилжааны хэрэгжилтэд хүндрэл учруулж байна. Гэхдээ та маш их хүч шаарддаггүй эсвэл найдвартай байдалд анхаарах шаардлагатай дотоодын системд тэдгээрийг ашиглах боломжтой.
Програмчлагдах логикийн PLC
Энэ бол тусад нь хуваарилагдсан ирээдүйтэй хөгжлийн төрөл юм. Бүтээх шаардлагатай газруудад тэд өрсөлдөөнөөс гадуур байдагтехник хангамжийг хэрэгжүүлэхэд чиглэсэн өндөр хүчин чадалтай тусгай төхөөрөмжүүд. Үүний ачаар боловсруулалтын процессыг зэрэгцүүлэх ажил шийдэгдэж, гүйцэтгэл арав дахин нэмэгддэг (програм хангамжийн шийдлүүдтэй харьцуулахад).
Үндсэндээ эдгээр хэт том хэмжээний нэгдсэн хэлхээнүүд нь олон талт, тохируулж болох функц хувиргагчтай бөгөөд хэрэглэгчдэд тэдгээрийн хоорондын холболтыг өөрчлөх боломжийг олгодог. Мөн энэ бүхэн нэг талст дээр байдаг. Үүний үр дүнд барилгын мөчлөг богиносч, жижиг хэмжээний үйлдвэрлэлд эдийн засгийн үр өгөөж, дизайны аль ч үе шатанд өөрчлөлт хийх боломжтой болно.
Програмчлагдах логик хэт том интеграл хэлхээг боловсруулахад хэдэн сар шаардлагатай. Үүний дараа тэдгээрийг хамгийн богино хугацаанд тохируулдаг бөгөөд энэ нь хамгийн бага зардлын түвшинд байна. Тэдний бүтээдэг бүтээгдэхүүний янз бүрийн үйлдвэрлэгч, бүтэц, чадавхи байдаг бөгөөд энэ нь даалгавруудыг гүйцэтгэх чадварыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг.
Тэдгээрийг хэрхэн ангилдаг вэ?
Үүнд ихэвчлэн ашиглагддаг:
- Логик хүчин чадал (интеграцчлалын зэрэг).
- Дотоод бүтцийн зохион байгуулалт.
- Ашигласан программчлагдсан зүйлийн төрөл.
- Функц хувиргагч архитектур.
- Дотоод RAM байгаа/байгаа.
Зүйлс бүр анхаарал хандуулах ёстой. Харамсалтай нь, нийтлэлийн хэмжээ хязгаарлагдмал тул бид зөвхөн хамгийн чухал хэсгийг авч үзэх болно.
Юу вэлогик хүчин чадал?
Энэ нь маш том хэмжээний нэгдсэн хэлхээний хамгийн чухал онцлог юм. Тэдгээрийн доторх транзисторуудын тоо хэдэн тэрбумаар хэмжигддэг. Гэхдээ үүнтэй зэрэгцэн тэдний хэмжээ нь микрометрийн өрөвдөлтэй хэсэгтэй тэнцэнэ. Гэхдээ бүтцийн илүүдэлтэй тул логик хүчин чадлыг төхөөрөмжийг хэрэгжүүлэхэд шаардлагатай хаалганы тоогоор хэмждэг.
Тэдгээрийг тодорхойлохын тулд хэдэн зуун мянга, сая сая нэгжийн үзүүлэлтүүдийг ашигладаг. Логик хүчин чадлын үнэ цэнэ өндөр байх тусам хэт том хэмжээний нэгдсэн хэлхээ бидэнд илүү олон боломжуудыг санал болгож чадна.
Хийж буй зорилгын тухай
VLSI нь анх тав дахь үеийн машинуудад зориулагдсан. Тэдгээрийг үйлдвэрлэхдээ урсгалын архитектур, ухаалаг хүн-машины интерфейсийн хэрэгжилтийг удирдан чиглүүлсэн бөгөөд энэ нь асуудлыг системтэй шийдээд зогсохгүй Машад логикоор сэтгэх, бие даан суралцах, логик зурах боломжийг олгоно. дүгнэлт.
Ярианы хэлбэрийг ашиглан харилцаа холбоог байгалийн хэлээр явуулна гэж үзсэн. Яахав нэг талаараа хэрэгжсэн. Гэсэн хэдий ч энэ нь хамгийн тохиромжтой хэт том интеграл хэлхээг бүрэн асуудалгүй бүтээхээс хол хэвээр байна. Гэхдээ хүн төрөлхтөн бид итгэлтэйгээр урагшилж байна. VLSI дизайны автоматжуулалт үүнд ихээхэн үүрэг гүйцэтгэдэг.
Урьд дурьдсанчлан энэ нь хүний болон цаг хугацааны асар их нөөц шаарддаг. Тиймээс мөнгө хэмнэхийн тулд автоматжуулалтыг өргөн ашигладаг. Эцсийн эцэст тэрбум тэрбумын хооронд холбоо тогтоох шаардлагатай үедБүрэлдэхүүн хэсгүүд, бүр хэдэн арван хүнтэй баг ч үүнд олон жил зарцуулах болно. Зөв алгоритмыг тохируулбал автоматжуулалт хэдхэн цагийн дотор үүнийг хийх боломжтой.
Бид транзистор технологийн хязгаарт аль хэдийн ойртож байгаа тул цаашид бууруулах нь асуудалтай мэт санагдаж байна. Аль хэдийн хамгийн жижиг транзисторууд хэдхэн арван нанометр хэмжээтэй байдаг. Хэрэв бид тэдгээрийг хэдэн зуу дахин багасгах юм бол бид зүгээр л атомын хэмжээс рүү орох болно. Энэ нь эргэлзээгүй сайн, гэхдээ электроникийн үр ашгийг нэмэгдүүлэх тал дээр хэрхэн урагшлах вэ? Үүнийг хийхийн тулд та шинэ түвшинд гарах хэрэгтэй. Жишээлбэл, квант компьютер үүсгэх.
Дүгнэлт
Хэт том хэмжээний интеграл схемүүд нь хүн төрөлхтний хөгжил болон бидэнд байгаа боломжуудад чухал нөлөө үзүүлсэн. Гэхдээ тэд удахгүй хуучирч, оронд нь огт өөр зүйл ирэх магадлалтай.
Эцсийн эцэст, харамсалтай нь бид аль хэдийн боломжийн хязгаарт ойртож, хүн төрөлхтөн зүгээр зогсож дасаагүй байна. Тиймээс хэт том интеграл хэлхээг зохих ёсоор үнэлж, дараа нь илүү дэвшилтэт загвараар солих магадлалтай. Гэхдээ одоохондоо бид бүгд VLSI-г одоо байгаа бүтээлийн оргил болгон ашиглаж байна.
