Компьютердик технология абдан тез өнүгүп жатат. Барган сайын өсүп жаткан талаптарга жооп бериши керек болгон жаңы макеттер жана иштеп чыгуулар бар. Эң кызыктуу нерселердин бири - бул абдан чоң интегралдык микросхема. Бул эмне? Эмне үчүн анын мындай аты бар? Биз VLSI дегенди билебиз, бирок иш жүзүндө ал кандай көрүнөт? Алар кайда колдонулат?
Өнүгүү таржымалы
60-жылдардын башында биринчи жарым өткөргүч микросхемалар пайда болгон. Ошондон бери микроэлектроника жөнөкөй логикалык элементтерден эң татаал санариптик приборлорго чейинки узак жолду басып өттү. Заманбап татаал жана көп функциялуу компьютерлер бир жарым өткөргүчтүү монокристаллда иштей алат, анын аянты бир квадрат сантиметр.
Алар кандайдыр бир жол менен болушу керек элеклассификациялоо жана айырмалоо. Абдан чоң интегралдык микросхема (VLSI) ушундай аталып калган, анткени микросхеманы белгилөө зарылчылыгы келип чыккан, анда интеграция даражасы бир чипте 104 элементтен ашкан. Бул жетимишинчи жылдардын аягында болгон. Бир нече жылдын ичинде бул микроэлектрониканын жалпы багыты экени айкын болду.
Ошентип, абдан чоң интегралдык микросхема ушундай аталып калган, анткени бул тармактагы бардык жетишкендиктерди классификациялоо зарыл болгон. Башында микроэлектроника монтаждоо операцияларына негизделген жана көптөгөн элементтерди бир нерсеге бириктирүү менен татаал функцияларды ишке ашыруу менен алектенген.
Анан эмне?
Адегенде чыгарылып жаткан продукциянын езуне турган наркын жогорулатуунун бир кыйла белугу так монтаждоо процессинде болгон. Ар бир продукт басып өтүүгө тийиш болгон негизги этаптары компоненттеринин ортосундагы байланыштарды долбоорлоо, ишке ашыруу жана текшерүү болуп саналат. Иш жүзүндө ишке ашырылган функциялар, ошондой эле түзүлүштөрдүн өлчөмдөрү колдонулган компоненттердин саны, алардын ишенимдүүлүгү жана физикалык өлчөмдөрү менен гана чектелет.
Демек, эгерде алар кээ бир абдан чоң интегралдык микросхемалардын салмагы 10 кгдан ашат деп айтышса, бул толук мүмкүн. Бир гана суроо - компоненттердин мынчалык чоң блогун колдонуунун сарамжалдуулугу.
Өнүгүү
Мен дагы бир кичинекей чегинүү айткым келет. Тарыхта интегралдык микросхемалар кичинекей өлчөмү жана салмагы менен тартылып келген. Бара-бара, өнүгүү менен бирге, биротоло жакын болуу үчүн мүмкүнчүлүктөр бар болчуэлементтерди жайгаштыруу. Ал эле эмес. Муну бир гана компакт жайгаштыруу катары эмес, ошондой эле эргономикалык көрсөткүчтөрдүн жакшырышы, өндүрүмдүүлүктүн жогорулашы жана эксплуатациянын ишенимдүүлүгүнүн деңгээли катары түшүнүү керек.
Бир компонентке колдонулган кристаллдын аянтына түздөн-түз көз каранды болгон материалдык жана энергетикалык көрсөткүчтөргө өзгөчө көңүл буруу керек. Бул көбүнчө колдонулган заттан көз каранды. Башында, германий жарым өткөргүч буюмдар үчүн колдонулган. Бирок убакыттын өтүшү менен анын ордун дагы жагымдуураак мүнөздөмөлөргө ээ болгон кремний алмаштырды.
Азыр эмне колдонулуп жатат?
Ошентип биз абдан чоң интегралдык микросхема көптөгөн компоненттерди камтыгандыктан ушундай аталганын билебиз. Учурда аларды түзүү үчүн кандай технологиялар колдонулуп жатат? Көбүнчө алар 0,25-0,5 микрондо компоненттерди эффективдүү пайдаланууга жетишүүгө мүмкүндүк берген терең субмикрондук аймак жана элементтер нанометр менен өлчөнгөн наноэлектроника жөнүндө сөз кылышат. Анын үстүнө биринчиси бара-бара тарыхка айланат, экинчисинде дагы көп ачылыштар жасалат. Бул жерде түзүлүп жаткан өнүгүүлөрдүн кыскача тизмеси:
- Ультра чоң кремний схемалары. Алардын терең субмикрон аймагындагы минималдуу курамдык өлчөмдөрү бар.
- Жогорку ылдамдыктагы гетероолуу түзүлүштөр жана интегралдык схемалар. Алар кремний, германий, галлий арсениди, ошондой эле бир катар башка кошулмалардын негизинде курулган.
- Наноөлчөмдүү түзүлүштөрдүн технологиясы, алардын ичинен нанолитографияны өзүнчө айтуу керек.
Бул жерде кичинекей өлчөмдөр көрсөтүлгөнү менен, кайсынысы экени жөнүндө жаңылуунун кереги жокакыркы өтө чоң интегралдык микросхема. Анын жалпы өлчөмдөрү сантиметр менен өзгөрүшү мүмкүн, ал эми кээ бир конкреттүү түзмөктөрдө метрге чейин. Микрометрлер жана нанометрлер жөн гана айрым элементтердин өлчөмү (мисалы, транзисторлор) жана алардын саны миллиарддаган болушу мүмкүн!
Мындай санга карабастан, өтө чоң масштабдагы интегралдык микросхема бир нече жүз грамм салмакта болушу мүмкүн. Ал ушунчалык оор болгондуктан, аны чоңдор да өз алдынча көтөрө албай калышы мүмкүн.
Алар кантип жаратылган?
Заманбап технологияны карап көрөлү. Ошентип, өтө таза жарым өткөргүчтүү монокристаллдык материалдарды, ошондой эле технологиялык реагенттерди (анын ичинде суюктуктарды жана газдарды) түзүү үчүн сизге төмөнкүлөр керек:
- Вафли иштетүү жана ташуу аймагында өтө таза иштөө шарттарын камсыз кылыңыз.
- Технологиялык операцияларды иштеп чыгуу жана жабдуулардын комплексин түзүү, анда процессти автоматташтырылган башкаруу болот. Бул кайра иштетүүнүн көрсөтүлгөн сапатын жана булгануунун төмөн деңгээлин камсыз кылуу үчүн зарыл. Биз түзүлгөн электрондук компоненттердин жогорку натыйжалуулугун жана ишенимдүүлүгүн унутпашыбыз керек да.
Өлчөмү нанометр менен эсептелген элементтерди түзүү тамашабы? Тилекке каршы, адам укмуштуудай тактыкты талап кылган операцияларды жасай албайт.
Ата мекендик өндүрүүчүлөрчү?
Эмне үчүнАбдан чоң интегралдык микросхема чет өлкөлүк өнүгүүлөр менен тыгыз байланыштабы? Өткөн кылымдын 50-жылдарынын башында СССР электрониканы өнүктүрүү боюнча экинчи орунду ээлеген. Бирок азыр ата мекендик өндүрүшчүлөр үчүн чет элдик компаниялар менен атаандашуу өтө кыйын. Бирок баары жаман эмес.
Ошентип, илимди көп талап кылган комплекстүү продукцияны түзүүгө байланыштуу Россия Федерациясында азыр шарттар, кадрлар, илимий потенциал бар деп ишенимдүү айта алабыз. Ар кандай электрондук приборлорду иштеп чыга турган ишканалар жана мекемелер аз эмес. Ырас, мунун баары чектелген көлөмдө бар.
Ошентип, көбүнчө VLSI эс тутуму, микропроцессорлор жана чет өлкөдө өндүрүлгөн контроллерлор сыяктуу иштеп чыгуу үчүн жогорку технологиялык "чийки заттар" колдонулат. Бирок ошол эле учурда сигналды иштетүүнүн жана эсептөөлөрдүн айрым көйгөйлөрү программалык түрдө чечилет.
Бирок биз ар кандай компоненттерден жабдууларды сатып алып, чогулта алабыз деп ойлобошубуз керек. Процессорлордун, контроллердин, ультра масштабдуу интегралдык микросхемалардын жана башка иштеп чыгуулардын ата мекендик версиялары да бар. Бирок, тилекке каршы, алар натыйжалуулугу боюнча дүйнөнүн лидерлери менен атаандаша алышпайт, бул аларды коммерциялык ишке ашырууну кыйындатат. Бирок аларды көп кубаттуулукту талап кылбаган же ишенимдүүлүккө кам көрүшүңүз керек болгон үй тутумдарында колдонуу толук мүмкүн.
Программалоочу логика үчүн PLC
Бул өнүгүүнүн өзүнчө бөлүнгөн келечектүү түрү. Алар сиз түзүү керек болгон аймактарда атаандаштыктан тышкарыаппараттык камсыздоону ишке ашырууга багытталган жогорку натыйжалуу адистештирилген түзүлүштөр. Мунун аркасында кайра иштетүү процессин параллелизациялоо милдети чечилип, өндүрүмдүүлүк он эсеге жогорулайт (программалык чечимдер менен салыштырганда).
Негизинен, бул ультра масштабдуу интегралдык микросхемалар колдонуучуларга алардын ортосундагы байланыштарды ыңгайлаштырууга мүмкүндүк берген ар тараптуу, конфигурациялануучу функцияларды өзгөрткүчтөргө ээ. Жана мунун баары бир кристаллда. Натыйжада куруу циклинин кыскарышы, чакан өндүрүш үчүн экономикалык пайда жана долбоордун каалаган этабында өзгөртүүлөрдү киргизүү мүмкүнчүлүгү.
Программалануучу логикалык ультра чоң интегралдык схемаларды иштеп чыгуу бир нече айга созулат. Андан кийин, алар мүмкүн болгон кыска мөөнөттө конфигурацияланат - жана мунун бардыгы минималдуу чыгымдардын деңгээлинде. Ар кандай өндүрүүчүлөр, алар жараткан өнүмдөрдүн архитектурасы жана мүмкүнчүлүктөрү бар, бул тапшырмаларды аткаруу мүмкүнчүлүгүн бир топ жогорулатат.
Алар кандай классификацияланат?
Көбүнчө бул үчүн колдонулат:
- Логикалык жөндөмдүүлүк (интеграция даражасы).
- Ички структураны уюштуруу.
- Колдонулган программалоочу нерсенин түрү.
- Функцияны конвертер архитектурасы.
- Ички RAM бар/жок.
Ар бир нерсе көңүл бурууга татыктуу. Бирок, тилекке каршы, макаланын көлөмү чектелген, андыктан биз эң маанилүү компонентти гана карап чыгабыз.
Эмнелогикалык жөндөмдүүлүк?
Бул өтө чоң масштабдагы интегралдык микросхемалар үчүн эң маанилүү өзгөчөлүк. Алардагы транзисторлордун саны миллиарддаган болушу мүмкүн. Бирок ошол эле учурда алардын өлчөмү микрометрдин аянычтуу бөлүгүнө барабар. Бирок структуралардын ашыкча болушуна байланыштуу, логикалык сыйымдуулук түзмөктү ишке ашыруу үчүн зарыл болгон дарбазалардын саны менен өлчөнөт.
Аларды белгилөө үчүн жүз миңдеген жана миллиондогон бирдиктердин көрсөткүчтөрү колдонулат. Логикалык кубаттуулуктун мааниси канчалык жогору болсо, ультра масштабдуу интегралдык микросхема бизге ошончолук көп мүмкүнчүлүктөрдү берет.
Алдыга коюлган максаттар жөнүндө
VLSI башында бешинчи муундагы машиналар үчүн түзүлгөн. Алардын өндүрүшүндө алар агымдык архитектураны жана интеллектуалдык адам-машина интерфейсин ишке ашырууну жетекчиликке алышкан, ал көйгөйлөрдү системалуу чечүүнү гана камсыз кылбастан, ошондой эле Машага логикалык ой жүгүртүүгө, өз алдынча үйрөнүүгө жана логикалык тартууга мүмкүнчүлүк берет. корутундулар.
Байланыш сүйлөө формасы аркылуу табигый тилде жүргүзүлөт деп болжолдонгон. Ооба, тигил же бул жол менен ишке ашырылды. Бирок, дагы эле идеалдуу ультра чоң интегралдык микросхемаларды толук кандуу көйгөйсүз түзүүдөн алыс. Бирок биз, адамзат, ишеним менен алга бара жатабыз. Бул иште VLSI дизайнын автоматташтыруу чоң роль ойнойт.
Мурда айтылгандай, бул көп адамдык жана убакыт ресурстарын талап кылат. Ошондуктан акчаны үнөмдөө үчүн автоматташтыруу кеңири колдонулат. Анткени, миллиарддардын ортосунда байланышты орнотуу зарыл болгондокомпоненттер, ал тургай, бир нече ондогон адамдардан турган команда ага көп жылдар сарпташат. Ал эми автоматташтыруу муну бир нече сааттын ичинде жасай алат, эгер туура алгоритм түзүлсө.
Мындан ары кыскартуу азыр көйгөйлүү көрүнөт, анткени транзистордук технологиянын чегине жакындап калганбыз. Азыртадан эле эң кичинекей транзисторлордун көлөмү бир нече ондогон нанометрге гана жетет. Эгерде биз аларды бир нече жүз эсеге азайтсак, анда биз жөн гана атомдун өлчөмдөрүнө кирип кетебиз. Албетте, бул жакшы, бирок электрониканын эффективдуулугун жогорулатуу жагынан алдыга кандай кадам шилтееге болот? Бул үчүн сиз жаңы деңгээлге өтүшүңүз керек. Мисалы, кванттык компьютерлерди түзүү үчүн.
Тыянак
Ультра масштабдуу интегралдык микросхемалар адамзаттын өнүгүшүнө жана бизде болгон мүмкүнчүлүктөргө олуттуу таасирин тийгизди. Бирок алар жакында эскирип, ордуна такыр башка нерсе келет окшойт.
Анткени, тилекке каршы, биз мүмкүнчүлүктөрдүн чегине жакындап баратабыз, а адамзат бир орунда турууга көнгөн эмес. Демек, ультра чоң интегралдык микросхемаларга тиешелүү сыйлыктар берилип, андан кийин алар алдыңкы конструкциялар менен алмаштырылат окшойт. Бирок азыр биз баарыбыз VLSIди учурдагы жаратуунун туу чокусу катары колдонобуз.
