Teknologjia kompjuterike po zhvillohet jashtëzakonisht shpejt. Ka paraqitje dhe zhvillime të reja që duhet të plotësojnë kërkesat gjithnjë në rritje. Një nga gjërat më interesante është qarku shumë i madh i integruar. Cfare eshte? Pse e ka një emër të tillë? Ne e dimë se si përfaqëson VLSI, por si duket në praktikë? Ku përdoren?
Historiku i zhvillimit
Në fillim të viteve gjashtëdhjetë, u shfaqën mikroqarqet e para gjysmëpërçuese. Që atëherë, mikroelektronika ka bërë një rrugë të gjatë nga elementët e thjeshtë logjikë deri te pajisjet dixhitale më komplekse. Kompjuterët modernë kompleksë dhe shumëfunksionalë mund të funksionojnë në një kristal gjysmëpërçues të vetëm, sipërfaqja e të cilit është një centimetër katror.
Duhet t'i kishte pasur disiklasifikojnë dhe dallojnë. Qarku i integruar shumë i madh (VLSI) është quajtur kështu sepse ekzistonte nevoja për të caktuar një mikroqark, në të cilin shkalla e integrimit tejkalonte 104 elementë për çip. Ndodhi në fund të viteve shtatëdhjetë. Brenda pak vitesh, u bë e qartë se ky ishte drejtimi i përgjithshëm për mikroelektronikën.
Pra, qarku shumë i madh i integruar është quajtur kështu sepse ishte e nevojshme të klasifikoheshin të gjitha arritjet në këtë fushë. Fillimisht, mikroelektronika u ndërtua mbi operacionet e montimit dhe u angazhua në zbatimin e funksioneve komplekse duke kombinuar shumë elementë në një gjë.
Dhe pastaj çfarë?
Fillimisht, një pjesë e konsiderueshme e rritjes së kostos së produkteve të prodhuara ishte pikërisht në procesin e montimit. Fazat kryesore që duhet të kalonte çdo produkt janë projektimi, zbatimi dhe verifikimi i lidhjeve ndërmjet komponentëve. Funksionet, si dhe dimensionet e pajisjeve që janë zbatuar në praktikë, janë të kufizuara vetëm nga numri i komponentëve të përdorur, besueshmëria e tyre dhe dimensionet fizike.
Pra, nëse thonë se një qark i integruar shumë i madh peshon më shumë se 10 kg, është shumë e mundur. Pyetja e vetme është racionaliteti i përdorimit të një blloku kaq të madh komponentësh.
Zhvillimi
Dëshiroj të bëj edhe një digresion të vogël. Historikisht, qarqet e integruara janë tërhequr nga madhësia dhe pesha e tyre e vogël. Edhe pse gradualisht, me zhvillimin, pati mundësi për gjithnjë e më afërvendosja e elementeve. Dhe jo vetëm. Kjo duhet kuptuar jo vetëm si një vendosje kompakte, por edhe si një përmirësim në treguesit ergonomikë, një rritje në performancë dhe një nivel i besueshmërisë operacionale.
Vëmendje e veçantë duhet t'i kushtohet treguesve të materialit dhe energjisë, të cilët varen drejtpërdrejt nga sipërfaqja e kristalit të përdorur për përbërës. Kjo në masë të madhe varej nga substanca e përdorur. Fillimisht, germani u përdor për produkte gjysmëpërçuese. Por me kalimin e kohës, ajo u zëvendësua nga silikoni, i cili ka karakteristika më tërheqëse.
Çfarë po përdoret tani?
Pra, ne e dimë se qarku shumë i madh i integruar është quajtur kështu sepse përmban shumë komponentë. Cilat teknologji përdoren aktualisht për krijimin e tyre? Më shpesh ata flasin për rajonin e thellë nën mikron, i cili bën të mundur arritjen e përdorimit efektiv të komponentëve në 0,25-0,5 mikron, dhe nanoelektronikën, ku elementët maten në nanometra. Për më tepër, e para gradualisht bëhet histori, dhe në të dytën bëhen gjithnjë e më shumë zbulime. Këtu është një listë e shkurtër e zhvillimeve që po krijohen:
- Qarqe shumë të mëdha silikoni. Ata kanë madhësi minimale të komponentëve në rajonin e thellë nënmikron.
- Pajisje heterobashkimi me shpejtësi të lartë dhe qarqe të integruara. Ato janë ndërtuar mbi bazën e silikonit, germaniumit, arsenidit të galiumit, si dhe një sërë përbërjesh të tjera.
- Teknologji e pajisjeve në shkallë nano, nga të cilat nanolithografia duhet përmendur veçmas.
Megjithëse këtu tregohen përmasat e vogla, por nuk ka nevojë të gaboheni se cila ështëqark i integruar ultra i madh. Dimensionet e tij të përgjithshme mund të ndryshojnë në centimetra, dhe në disa pajisje specifike edhe në metra. Mikrometrat dhe nanometrat janë vetëm madhësia e elementeve individuale (të tilla si transistorët) dhe numri i tyre mund të jetë në miliarda!
Pavarësisht një numri të tillë, mund të ndodhë që një qark i integruar në shkallë ultra të madhe të peshojë disa qindra gram. Edhe pse është e mundur që do të jetë aq e rëndë sa edhe një i rritur nuk mund ta ngrejë vetë.
Si krijohen ato?
Le të shqyrtojmë teknologjinë moderne. Pra, për të krijuar materiale gjysmëpërçuese ultra të pastra me një kristal, si dhe reagentë teknologjikë (përfshirë lëngjet dhe gazrat), ju nevojiten:
- Siguroni kushte pune jashtëzakonisht të pastra në zonën e përpunimit dhe transportit të vaferës.
- Zhvilloni operacione teknologjike dhe krijoni një grup pajisjesh, ku do të ketë kontroll të automatizuar të procesit. Kjo është e nevojshme për të siguruar cilësinë e specifikuar të përpunimit dhe nivelet e ulëta të ndotjes. Edhe pse nuk duhet të harrojmë për performancën e lartë dhe besueshmërinë e komponentëve elektronikë të krijuar.
A është shaka kur krijohen elementë, madhësia e të cilëve llogaritet në nanometra? Mjerisht, është e pamundur që një person të kryejë operacione që kërkojnë saktësi fenomenale.
Po për prodhuesit vendas?
PseA është qarku i integruar ultra i madh i lidhur fort me zhvillimet e huaja? Në fillim të viteve 50 të shekullit të kaluar, BRSS zuri vendin e dytë në zhvillimin e elektronikës. Por tani është jashtëzakonisht e vështirë për prodhuesit vendas të konkurrojnë me kompanitë e huaja. Megjithatë nuk është gjithçka keq.
Kështu, në lidhje me krijimin e produkteve komplekse me intensitet shkencor, mund të themi me besim se Federata Ruse tani ka kushtet, personelin dhe potencialin shkencor. Ka mjaft ndërmarrje dhe institucione që mund të zhvillojnë pajisje të ndryshme elektronike. Vërtetë, e gjithë kjo ekziston në një vëllim mjaft të kufizuar.
Pra, është shpesh rasti kur për zhvillim përdoren "lëndë të para" të teknologjisë së lartë, si memoria VLSI, mikroprocesorët dhe kontrollorët që prodhoheshin jashtë vendit. Por në të njëjtën kohë, disa probleme të përpunimit të sinjalit dhe llogaritjeve zgjidhen në mënyrë programore.
Megjithëse nuk duhet të supozohet se ne mund të blejmë dhe montojmë ekskluzivisht pajisje nga komponentë të ndryshëm. Ekzistojnë gjithashtu versione vendase të përpunuesve, kontrollorëve, qarqeve të integruara në shkallë të gjerë dhe zhvillime të tjera. Por, mjerisht, ata nuk mund të konkurrojnë me liderët e botës për sa i përket efektivitetit të tyre, gjë që e vështirëson zbatimin e tyre komercial. Por përdorimi i tyre në sistemet shtëpiake ku nuk keni nevojë për shumë energji ose duhet të kujdeseni për besueshmërinë është mjaft e mundur.
PLC për logjikën e programueshme
Ky është një lloj zhvillimi premtues i ndarë veçmas. Ata janë jashtë konkurrencës në ato fusha ku ju duhet të krijonipajisje të specializuara me performancë të lartë të fokusuara në zbatimin e harduerit. Falë kësaj, detyra e paralelizimit të procesit të përpunimit zgjidhet dhe performanca rritet dhjetëfish (kur krahasohet me zgjidhjet softuerike).
Në thelb, këto qarqe të integruara në shkallë shumë të madhe kanë konvertues funksionesh të gjithanshëm dhe të konfigurueshëm që lejojnë përdoruesit të personalizojnë lidhjet midis tyre. Dhe është e gjitha në një kristal. Rezultati është një cikël më i shkurtër ndërtimi, një përfitim ekonomik për prodhimin në shkallë të vogël dhe aftësia për të bërë ndryshime në çdo fazë të projektimit.
Zhvillimi i qarqeve të integruara ultra të mëdha logjike të programueshme zgjat disa muaj. Pas kësaj, ato konfigurohen në kohën më të shkurtër të mundshme - dhe kjo është e gjitha në një nivel minimal të kostove. Ekzistojnë prodhues, arkitektura dhe aftësi të ndryshme të produkteve që ata krijojnë, gjë që rrit në masë të madhe aftësinë për të përfunduar detyrat.
Si klasifikohen ato?
Përdoret zakonisht për këtë:
- Kapaciteti logjik (shkalla e integrimit).
- Organizimi i strukturës së brendshme.
- Lloji i artikullit të programueshëm të përdorur.
- Arkitektura e konvertuesit të funksionit.
- Prania/mungesa e RAM-it të brendshëm.
Çdo artikull meriton vëmendje. Por mjerisht, madhësia e artikullit është e kufizuar, kështu që ne do të shqyrtojmë vetëm komponentin më të rëndësishëm.
Çfarë ështëkapaciteti logjik?
Ky është veçoria më e rëndësishme për qarqet e integruara në shkallë shumë të madhe. Numri i transistorëve në to mund të jetë në miliarda. Por në të njëjtën kohë, madhësia e tyre është e barabartë me një pjesë të mjerueshme të një mikrometri. Por për shkak të tepricës së strukturave, kapaciteti logjik matet në numrin e portave që nevojiten për të zbatuar pajisjen.
Për përcaktimin e tyre, përdoren tregues të qindra mijëra e miliona njësive. Sa më e lartë të jetë vlera e kapacitetit logjik, aq më shumë mundësi mund të na ofrojë një qark i integruar në shkallë të gjerë.
Rreth qëllimeve të ndjekura
VLSI u krijua fillimisht për makinat e gjeneratës së pestë. Në prodhimin e tyre, ata u udhëzuan nga një arkitekturë e transmetimit dhe zbatimi i një ndërfaqeje inteligjente njeri-makinë, e cila jo vetëm që do të sigurojë një zgjidhje sistematike të problemeve, por gjithashtu do t'i sigurojë Mashës mundësinë për të menduar logjikisht, për të mësuar vetë dhe për të nxjerrë logjikisht përfundimet.
Supozohej se komunikimi do të bëhej në gjuhë natyrore duke përdorur një formë të të folurit. Epo, në një mënyrë ose në një tjetër u zbatua. Por megjithatë, është ende larg krijimit të plotë pa probleme të qarqeve ideale të integruara ultra të mëdha. Por ne, njerëzimi, po ecim përpara me besim. Automatizimi i dizajnit VLSI luan një rol të madh në këtë.
Siç u përmend më parë, kjo kërkon shumë burime njerëzore dhe kohore. Prandaj, për të kursyer para, automatizimi përdoret gjerësisht. Në fund të fundit, kur është e nevojshme të vendosen lidhje midis miliardakomponentë, madje një ekip prej disa dhjetëra personash do të shpenzojë vite për të. Ndërsa automatizimi mund ta bëjë këtë në disa orë, nëse vendoset algoritmi i duhur.
Reduktimi i mëtejshëm duket problematik tani, pasi tashmë po i afrohemi kufirit të teknologjisë së transistorit. Tashmë, transistorët më të vegjël janë vetëm disa dhjetëra nanometra në madhësi. Nëse i zvogëlojmë ato me disa qindra herë, atëherë thjesht do të kalojmë në dimensionet e atomit. Pa dyshim, kjo është e mirë, por si të ecim përpara në drejtim të rritjes së efikasitetit të elektronikës? Për ta bërë këtë, ju duhet të shkoni në një nivel të ri. Për shembull, për të krijuar kompjuterë kuantikë.
Përfundim
Qarqet e integruara në shkallë jashtëzakonisht të madhe kanë pasur një ndikim të rëndësishëm në zhvillimin e njerëzimit dhe në mundësitë që ne kemi. Por ka të ngjarë që së shpejti ato të vjetrohen dhe diçka krejt tjetër të vijë për t'i zëvendësuar.
Në fund të fundit, mjerisht, ne tashmë po i afrohemi kufirit të mundësive dhe njerëzimi nuk është mësuar të qëndrojë në vend. Prandaj, ka të ngjarë që qarqeve të integruara ultra të mëdha do t'u jepen nderimet e duhura, pas së cilës ato do të zëvendësohen me dizajne më të avancuara. Por tani për tani, ne të gjithë përdorim VLSI si kulmin e krijimit ekzistues.
