Teknologi komputer berkembang sangat cepat. Ada tata letak dan pengembangan baru yang harus memenuhi persyaratan yang terus meningkat. Salah satu hal yang paling menarik adalah sirkuit terintegrasi yang sangat besar. Apa itu? Mengapa dia memiliki nama seperti itu? Kami tahu singkatan dari VLSI, tetapi seperti apa praktiknya? Di mana mereka digunakan?
Riwayat perkembangan
Pada awal tahun enam puluhan, sirkuit mikro semikonduktor pertama muncul. Sejak itu, mikroelektronika telah berkembang jauh dari elemen logis sederhana hingga perangkat digital paling kompleks. Komputer modern yang kompleks dan multifungsi dapat beroperasi pada satu kristal semikonduktor tunggal, yang luasnya satu sentimeter persegi.
Seharusnya entah bagaimana memilikinyamengklasifikasikan dan membedakan. Sirkuit terintegrasi yang sangat besar (VLSI) dinamakan demikian karena ada kebutuhan untuk menunjuk sirkuit mikro, di mana tingkat integrasi melebihi 104 elemen per chip. Itu terjadi pada akhir tahun tujuh puluhan. Dalam beberapa tahun, menjadi jelas bahwa ini adalah arah umum untuk mikroelektronika.
Jadi, sirkuit terpadu yang sangat besar dinamakan demikian karena perlu untuk mengklasifikasikan semua pencapaian di bidang ini. Awalnya, mikroelektronika dibangun di atas operasi perakitan dan terlibat dalam implementasi fungsi kompleks dengan menggabungkan banyak elemen dalam satu hal.
Lalu apa?
Awalnya, sebagian besar kenaikan biaya produk manufaktur justru terjadi pada proses perakitan. Tahapan utama yang harus dilalui setiap produk adalah desain, implementasi, dan verifikasi koneksi antar komponen. Fungsi, serta dimensi perangkat yang telah diterapkan dalam praktik, hanya dibatasi oleh jumlah komponen yang digunakan, keandalannya, dan dimensi fisiknya.
Jadi jika mereka mengatakan bahwa beberapa sirkuit terintegrasi yang sangat besar memiliki berat lebih dari 10 kg, itu sangat mungkin. Satu-satunya pertanyaan adalah rasionalitas menggunakan blok komponen yang begitu besar.
Pengembangan
Saya ingin membuat satu penyimpangan kecil lagi. Secara historis, sirkuit terpadu telah tertarik dengan ukuran dan beratnya yang kecil. Meskipun secara bertahap, dengan perkembangan, ada peluang untuk semakin dekatpenempatan elemen. Dan tidak hanya. Ini harus dipahami tidak hanya sebagai penempatan yang kompak, tetapi juga sebagai peningkatan indikator ergonomis, peningkatan kinerja dan tingkat keandalan operasional.
Perhatian khusus harus diberikan pada indikator material dan energi, yang secara langsung bergantung pada area kristal yang digunakan per komponen. Ini sangat tergantung pada zat yang digunakan. Awalnya, germanium digunakan untuk produk semikonduktor. Namun seiring berjalannya waktu digantikan oleh silikon yang memiliki karakteristik lebih menarik.
Apa yang digunakan sekarang?
Jadi kita tahu bahwa sirkuit terpadu yang sangat besar dinamakan demikian karena mengandung banyak komponen. Teknologi apa yang saat ini digunakan untuk membuatnya? Paling sering mereka berbicara tentang wilayah submikron dalam, yang memungkinkan untuk mencapai penggunaan komponen yang efektif dalam 0,25-0,5 mikron, dan nanoelektronika, di mana elemen diukur dalam nanometer. Selain itu, yang pertama secara bertahap menjadi sejarah, dan yang kedua semakin banyak penemuan yang dibuat. Berikut adalah daftar singkat pengembangan yang sedang dibuat:
- Sirkuit silikon ultra-besar. Mereka memiliki ukuran komponen minimum di wilayah submikron dalam.
- Perangkat heterojungsi berkecepatan tinggi dan sirkuit terpadu. Mereka dibuat berdasarkan silikon, germanium, galium arsenida, serta sejumlah senyawa lainnya.
- Teknologi perangkat skala nano, di mana nanolitografi harus disebutkan secara terpisah.
Meskipun ukuran kecil ditunjukkan di sini, tetapi tidak perlu salah tentang yang manasirkuit terintegrasi ultra-besar terbaik. Dimensi keseluruhannya dapat bervariasi dalam sentimeter, dan di beberapa perangkat tertentu bahkan meter. Mikrometer dan nanometer hanyalah ukuran elemen individu (seperti transistor), dan jumlahnya bisa mencapai miliaran!
Meskipun jumlahnya seperti itu, mungkin sirkuit terpadu skala-ultra-besar memiliki berat beberapa ratus gram. Meskipun mungkin akan sangat berat bahkan orang dewasa tidak dapat mengangkatnya sendiri.
Bagaimana mereka dibuat?
Mari kita pertimbangkan teknologi modern. Jadi, untuk membuat bahan kristal tunggal semikonduktor ultra-murni, serta reagen teknologi (termasuk cairan dan gas), Anda memerlukan:
- Pastikan kondisi kerja yang sangat bersih di area pemrosesan dan pengangkutan wafer.
- Kembangkan operasi teknologi dan buat satu set peralatan, di mana akan ada kontrol proses otomatis. Ini diperlukan untuk memastikan kualitas pemrosesan yang ditentukan dan tingkat kontaminasi yang rendah. Meskipun kita tidak boleh melupakan kinerja tinggi dan keandalan komponen elektronik yang dibuat.
Apakah ini lelucon ketika elemen dibuat, yang ukurannya dihitung dalam nanometer? Sayangnya, tidak mungkin seseorang melakukan operasi yang membutuhkan akurasi yang luar biasa.
Bagaimana dengan produsen dalam negeri?
MengapaApakah sirkuit terpadu ultra-besar sangat terkait dengan perkembangan asing? Pada awal 50-an abad terakhir, Uni Soviet menempati posisi kedua dalam pengembangan elektronik. Tapi sekarang sangat sulit bagi produsen dalam negeri untuk bersaing dengan perusahaan asing. Tidak semuanya buruk.
Dengan demikian, mengenai penciptaan produk padat ilmu pengetahuan yang kompleks, kami dapat dengan yakin mengatakan bahwa Federasi Rusia sekarang memiliki kondisi, personel, dan potensi ilmiah. Ada beberapa perusahaan dan institusi yang dapat mengembangkan berbagai perangkat elektronik. Benar, semua ini ada dalam volume yang agak terbatas.
Jadi, sering kali "bahan mentah" berteknologi tinggi digunakan untuk pengembangan, seperti memori VLSI, mikroprosesor, dan pengontrol yang diproduksi di luar negeri. Tetapi pada saat yang sama, beberapa masalah pemrosesan sinyal dan komputasi diselesaikan secara terprogram.
Meskipun tidak dapat diasumsikan bahwa kita hanya dapat membeli dan merakit peralatan dari berbagai komponen. Ada juga prosesor, pengontrol, sirkuit terintegrasi skala besar, dan pengembangan lainnya versi domestik. Namun, sayangnya, mereka tidak dapat bersaing dengan para pemimpin dunia dalam hal efektivitas, yang membuat implementasi komersial mereka menjadi sulit. Tetapi menggunakannya dalam sistem domestik di mana Anda tidak membutuhkan banyak daya atau Anda perlu menjaga keandalan sangat mungkin.
PLC untuk logika yang dapat diprogram
Ini adalah jenis pengembangan menjanjikan yang dialokasikan secara terpisah. Mereka keluar dari persaingan di area yang perlu Anda ciptakanperangkat khusus berkinerja tinggi yang berfokus pada implementasi perangkat keras. Berkat ini, tugas memparalelkan proses pemrosesan diselesaikan dan kinerja meningkat sepuluh kali lipat (bila dibandingkan dengan solusi perangkat lunak).
Pada dasarnya, sirkuit terintegrasi berskala sangat besar ini memiliki konverter fungsi serbaguna yang dapat dikonfigurasi yang memungkinkan pengguna untuk menyesuaikan koneksi di antara mereka. Dan itu semua dalam satu kristal. Hasilnya adalah siklus pembuatan yang lebih pendek, manfaat ekonomi untuk produksi skala kecil, dan kemampuan untuk membuat perubahan pada setiap tahap desain.
Pengembangan sirkuit terintegrasi ultra-besar logika yang dapat diprogram membutuhkan waktu beberapa bulan. Setelah itu, mereka dikonfigurasikan dalam waktu sesingkat mungkin - dan ini semua dengan biaya minimum. Ada berbagai produsen, arsitektur, dan kemampuan produk yang mereka buat, yang sangat meningkatkan kemampuan untuk menyelesaikan tugas.
Bagaimana klasifikasinya?
Biasanya digunakan untuk ini:
- Kapasitas logis (tingkat integrasi).
- Organisasi struktur internal.
- Jenis item yang dapat diprogram yang digunakan.
- Arsitektur konverter fungsi.
- Ada/tidaknya RAM internal.
Setiap item perlu diperhatikan. Tapi sayang, ukuran artikelnya terbatas, jadi kami hanya akan mempertimbangkan komponen yang paling penting.
Apa itukapasitas logis?
Ini adalah fitur terpenting untuk sirkuit terpadu skala sangat besar. Jumlah transistor di dalamnya bisa mencapai miliaran. Tetapi pada saat yang sama, ukurannya sama dengan fraksi mikrometer yang menyedihkan. Namun karena redundansi struktur, kapasitas logis diukur dalam jumlah gerbang yang diperlukan untuk mengimplementasikan perangkat.
Untuk menunjuknya, indikator ratusan ribu dan jutaan unit digunakan. Semakin tinggi nilai kapasitas logis, semakin banyak peluang yang dapat ditawarkan oleh sirkuit terpadu skala besar kepada kita.
Tentang tujuan yang dikejar
VLSI awalnya dibuat untuk mesin generasi kelima. Dalam pembuatannya, mereka dipandu oleh arsitektur streaming dan implementasi antarmuka manusia-mesin yang cerdas, yang tidak hanya akan memberikan solusi sistematis untuk masalah, tetapi juga memberi Masha kesempatan untuk berpikir logis, belajar mandiri, dan menggambar logis. kesimpulan.
Diasumsikan bahwa komunikasi akan dilakukan dalam bahasa alami menggunakan bentuk ucapan. Nah, dalam satu atau lain cara itu diterapkan. Tapi tetap saja, ini masih jauh dari penciptaan sirkuit terintegrasi ultra-besar yang ideal tanpa masalah. Tapi kita, umat manusia, bergerak maju dengan percaya diri. Otomatisasi desain VLSI memainkan peran besar dalam hal ini.
Seperti yang disebutkan sebelumnya, ini membutuhkan banyak sumber daya manusia dan waktu. Oleh karena itu, untuk menghemat uang, otomatisasi banyak digunakan. Lagi pula, ketika perlu untuk membangun koneksi antara miliarankomponen, bahkan tim yang terdiri dari beberapa lusin orang akan menghabiskan waktu bertahun-tahun untuk itu. Sedangkan otomatisasi dapat melakukan ini dalam hitungan jam, jika algoritma yang benar diletakkan.
Pengurangan lebih lanjut tampaknya bermasalah sekarang, karena kita sudah mendekati batas teknologi transistor. Sudah, transistor terkecil hanya berukuran beberapa puluh nanometer. Jika kita menguranginya beberapa ratus kali, maka kita hanya akan menemukan dimensi atom. Tidak diragukan lagi, ini bagus, tetapi bagaimana cara bergerak maju dalam hal meningkatkan efisiensi elektronik? Untuk melakukan ini, Anda harus naik ke level baru. Misalnya, untuk membuat komputer kuantum.
Kesimpulan
Sirkuit terintegrasi berskala sangat besar memiliki dampak signifikan terhadap perkembangan umat manusia dan kemungkinan yang kita miliki. Tapi sepertinya mereka akan segera menjadi usang dan sesuatu yang sama sekali berbeda akan datang untuk menggantikannya.
Lagi pula, sayangnya, kita sudah mendekati batas kemungkinan, dan umat manusia tidak terbiasa berdiam diri. Oleh karena itu, kemungkinan besar sirkuit terintegrasi ultra-besar akan diberikan penghargaan, setelah itu akan digantikan oleh desain yang lebih canggih. Namun untuk saat ini, kita semua menggunakan VLSI sebagai puncak dari kreasi yang ada.
