Kompüter texnologiyası son dərəcə sürətlə inkişaf edir. Getdikcə artan tələblərə cavab verməli olan yeni tərtibatlar və inkişaflar var. Ən maraqlı şeylərdən biri çox böyük inteqral sxemdir. Bu nədir? Niyə onun belə bir adı var? Biz VLSI-nin necə dayandığını bilirik, amma praktikada necə görünür? Onlar harada istifadə olunur?
İnkişaf tarixçəsi
Altmışıncı illərin əvvəllərində ilk yarımkeçirici mikrosxemlər meydana çıxdı. O vaxtdan bəri mikroelektronika sadə məntiqi elementlərdən ən mürəkkəb rəqəmsal cihazlara qədər uzun bir yol keçmişdir. Müasir mürəkkəb və çoxfunksiyalı kompüterlər sahəsi bir kvadrat santimetr olan bir yarımkeçirici monokristalda işləyə bilər.
Birtəhər onlara sahib olmalı iditəsnif edin və fərqləndirin. Çox böyük inteqral sxem (VLSI) belə adlandırılmışdır, çünki inteqrasiya dərəcəsi hər çip üçün 104 elementdən çox olan bir mikrosxemin təyin edilməsinə ehtiyac var idi. Bu, yetmişinci illərin sonlarında baş verdi. Bir neçə il ərzində bunun mikroelektronika üçün ümumi istiqamət olduğu aydın oldu.
Beləliklə, çox böyük inteqral sxem ona görə belə adlandırılmışdır ki, bu sahədə bütün nailiyyətləri təsnif etmək lazım idi. Əvvəlcə mikroelektronika montaj əməliyyatları üzərində qurulmuşdu və bir çox elementləri bir şeydə birləşdirərək mürəkkəb funksiyaların həyata keçirilməsi ilə məşğul idi.
Bəs sonra nə?
İlkin vaxtlarda istehsal olunan məhsulların maya dəyərinin bahalaşmasının əhəmiyyətli hissəsi məhz montaj prosesində olub. Hər bir məhsulun keçməli olduğu əsas mərhələlər komponentlər arasında əlaqələrin dizaynı, həyata keçirilməsi və yoxlanılmasıdır. Təcrübədə tətbiq edilmiş funksiyalar, eləcə də cihazların ölçüləri yalnız istifadə olunan komponentlərin sayı, onların etibarlılığı və fiziki ölçüləri ilə məhdudlaşır.
Beləliklə, çox böyük inteqral sxemin çəkisinin 10 kq-dan çox olduğunu söyləsələr, bu, tamamilə mümkündür. Yeganə sual bu qədər böyük komponentlər blokundan istifadənin rasionallığıdır.
İnkişaf
Daha bir kiçik ekskursiya etmək istərdim. Tarixən inteqral sxemlər kiçik ölçüləri və çəkisi ilə diqqəti cəlb edirdi. Tədricən, inkişafla birlikdə, daha da yaxınlaşmaq üçün imkanlar var idielementlərin yerləşdirilməsi. Və təkcə. Bu, təkcə yığcam yerləşdirmə kimi deyil, həm də erqonomik göstəricilərin təkmilləşdirilməsi, performansın artması və əməliyyat etibarlılığının səviyyəsi kimi başa düşülməlidir.
Hər bir komponent üçün istifadə olunan kristalın sahəsindən birbaşa asılı olan maddi və enerji göstəricilərinə xüsusi diqqət yetirilməlidir. Bu, əsasən istifadə olunan maddədən asılı idi. Əvvəlcə yarımkeçirici məhsullar üçün germanium istifadə edilmişdir. Lakin zaman keçdikcə onu daha cəlbedici xüsusiyyətlərə malik olan silikon əvəz etdi.
İndi nə istifadə olunur?
Biz bilirik ki, çox böyük inteqral sxem çoxlu komponentləri ehtiva etdiyi üçün belə adlandırılıb. Onların yaradılması üçün hazırda hansı texnologiyalardan istifadə olunur? Çox vaxt onlar 0,25-0,5 mikronda komponentlərin səmərəli istifadəsinə nail olmağa imkan verən dərin submikron bölgədən və elementlərin nanometrlərlə ölçüldüyü nanoelektronikadan danışırlar. Üstəlik, birincisi tədricən tarixə çevrilir, ikincisində isə getdikcə daha çox kəşflər edilir. Budur yaradılan inkişafların qısa siyahısı:
- Ultra-böyük silikon sxemlər. Onların dərin submikron bölgəsində minimum komponent ölçüləri var.
- Yüksək sürətli heteroqovuşma cihazları və inteqral sxemlər. Onlar silikon, germanium, qallium arsenid, eləcə də bir sıra digər birləşmələr əsasında hazırlanır.
- Nanoölçülü cihazların texnologiyası, onlardan nanolitoqrafiya ayrıca qeyd edilməlidir.
Burada kiçik ölçülər göstərilsə də, hansının olması haqda yanılmağa ehtiyac yoxdurson ultra-böyük inteqral sxem. Onun ümumi ölçüləri santimetrlə, bəzi xüsusi cihazlarda isə hətta metrlərlə dəyişə bilər. Mikrometrlər və nanometrlər yalnız ayrı-ayrı elementlərin (məsələn, tranzistorlar) ölçüsüdür və onların sayı milyardlarla ola bilər!
Belə bir rəqəmə baxmayaraq, çox böyük miqyaslı inteqral sxem bir neçə yüz qram ağırlığında ola bilər. Baxmayaraq ki, o qədər ağır olacaq ki, hətta böyüklər də onu təkbaşına qaldıra bilməz.
Onlar necə yaradılmışdır?
Müasir texnologiyanı nəzərdən keçirək. Beləliklə, ultra təmiz yarımkeçirici monokristal materialları, həmçinin texnoloji reagentlər (mayelər və qazlar daxil olmaqla) yaratmaq üçün sizə lazımdır:
- Vafferin emalı və daşınması sahəsində ultra təmiz iş şəraitini təmin edin.
- Texnoloji əməliyyatlar hazırlayın və prosesə avtomatlaşdırılmış nəzarətin olacağı avadanlıq dəsti yaradın. Bu, göstərilən emal keyfiyyətini və aşağı çirklənmə səviyyəsini təmin etmək üçün lazımdır. Baxmayaraq ki, yaradılmış elektron komponentlərin yüksək performansını və etibarlılığını unutmamalıyıq.
Ölçüləri nanometrlə hesablanan elementlər yaradılanda zarafatdır? Təəssüf ki, insanın fenomenal dəqiqlik tələb edən əməliyyatları yerinə yetirməsi qeyri-mümkündür.
Bəs yerli istehsalçılar?
NiyəUltra böyük inteqral sxem xarici inkişaflarla güclü şəkildə əlaqələndirilirmi? Ötən əsrin 50-ci illərinin əvvəllərində SSRİ elektronikanın inkişafında ikinci yeri tutdu. Amma indi yerli istehsalçılar üçün xarici şirkətlərlə rəqabət aparmaq son dərəcə çətindir. Hər şey pis deyil.
Beləliklə, mürəkkəb elm tutumlu məhsulların yaradılması ilə bağlı əminliklə deyə bilərik ki, hazırda Rusiya Federasiyasının şəraiti, kadrları, elmi potensialı var. Müxtəlif elektron cihazları inkişaf etdirə bilən kifayət qədər müəssisə və qurumlar var. Düzdür, bütün bunlar kifayət qədər məhdud həcmdə mövcuddur.
Beləliklə, tez-tez xaricdə istehsal olunan VLSI yaddaşı, mikroprosessorlar və kontrollerlər kimi yüksək texnoloji "xammal"ların hazırlanması üçün istifadə olunan hallar olur. Lakin eyni zamanda, siqnalın işlənməsi və hesablamaların müəyyən problemləri proqramlı şəkildə həll edilir.
Baxmayaraq ki, biz yalnız müxtəlif komponentlərdən avadanlıq ala və yığa bilərik. Prosessorların, nəzarətçilərin, ultra geniş miqyaslı inteqral sxemlərin və digər inkişafların yerli versiyaları da var. Amma təəssüf ki, onlar öz effektivliklərinə görə dünya liderləri ilə rəqabət apara bilmirlər ki, bu da onların kommersiya tətbiqini çətinləşdirir. Lakin onlardan çox gücə ehtiyacınız olmayan və ya etibarlılığa diqqət etməli olduğunuz yerli sistemlərdə istifadə etmək olduqca mümkündür.
Proqramlaşdırıla bilən məntiq üçün PLC
Bu ayrıca ayrılmış perspektivli inkişaf növüdür. Yaratmaq lazım olan sahələrdə onlar rəqabətdən kənardadırlarhardware tətbiqinə yönəlmiş yüksək performanslı ixtisaslaşmış cihazlar. Bunun sayəsində emal prosesini paralelləşdirmək vəzifəsi həll edilir və performans on dəfə artır (proqram həlləri ilə müqayisədə).
Əsasən, bu ultra irimiqyaslı inteqral sxemlər istifadəçilərə aralarındakı əlaqələri fərdiləşdirməyə imkan verən çox yönlü, konfiqurasiya edilə bilən funksiya çeviricilərinə malikdir. Və hamısı bir kristaldadır. Nəticə daha qısa tikinti dövrü, kiçik miqyaslı istehsal üçün iqtisadi fayda və dizaynın istənilən mərhələsində dəyişiklik etmək imkanıdır.
Proqramlaşdırıla bilən məntiqli ultra-böyük inteqral sxemlərin hazırlanması bir neçə ay çəkir. Bundan sonra, onlar ən qısa müddətdə konfiqurasiya edilir - və bunların hamısı minimum xərclər səviyyəsindədir. Yaratdıqları məhsulların müxtəlif istehsalçıları, arxitekturası və imkanları var ki, bu da tapşırıqları yerinə yetirmək qabiliyyətini xeyli artırır.
Onlar necə təsnif edilir?
Adətən bunun üçün istifadə olunur:
- Məntiqi tutum (inteqrasiya dərəcəsi).
- Daxili strukturun təşkili.
- İstifadə olunan proqramlaşdırıla bilən element növü.
- Funksiya çevirici arxitekturası.
- Daxili RAM-ın olması/yoxluğu.
Hər bir element diqqətə layiqdir. Amma təəssüf ki, məqalənin ölçüsü məhduddur, ona görə də biz yalnız ən vacib komponenti nəzərdən keçirəcəyik.
Nədirməntiqi tutum?
Bu, çox böyük miqyaslı inteqral sxemlər üçün ən vacib xüsusiyyətdir. Onlardakı tranzistorların sayı milyardlarla ola bilər. Ancaq eyni zamanda, onların ölçüsü mikrometrin acınacaqlı hissəsinə bərabərdir. Lakin strukturların artıqlığı səbəbindən məntiqi tutum cihazı həyata keçirmək üçün lazım olan qapıların sayında ölçülür.
Onları təyin etmək üçün yüz minlərlə və milyonlarla vahidlərin göstəricilərindən istifadə olunur. Məntiqi tutumun dəyəri nə qədər yüksək olarsa, ultra genişmiqyaslı inteqral sxem bizə bir o qədər çox imkanlar təqdim edə bilər.
Qarşıya qoyulan məqsədlər haqqında
VLSI əvvəlcə beşinci nəsil maşınlar üçün yaradılmışdır. İstehsalında onlar axın arxitekturasını və ağıllı insan-maşın interfeysinin tətbiqini rəhbər tutdular ki, bu da təkcə problemlərin sistemli həllini təmin etməyəcək, həm də Maşaya məntiqi düşünmək, öz-özünə öyrənmək və məntiqi cizgi çəkmək imkanı verəcəkdir. nəticələr.
Ünsiyyətin nitq formasından istifadə etməklə təbii dildə aparılacağı güman edilirdi. Yaxşı, bu və ya digər şəkildə həyata keçirildi. Ancaq yenə də ideal ultra-böyük inteqral sxemlərin tam hüquqlu problemsiz yaradılmasından hələ də uzaqdır. Amma biz bəşəriyyət inamla irəliləyirik. VLSI dizayn avtomatlaşdırması bunda böyük rol oynayır.
Əvvəlcə qeyd edildiyi kimi, bunun üçün çoxlu insan və vaxt resursları tələb olunur. Buna görə də pula qənaət etmək üçün avtomatlaşdırmadan geniş istifadə olunur. Axı milyardlar arasında əlaqə yaratmaq lazım olandakomponentlər, hətta bir neçə onlarla nəfərlik bir komanda buna illər sərf edəcək. Düzgün alqoritm qurularsa, avtomatlaşdırma bunu bir neçə saat ərzində edə bilər.
Daha da azalma indi problemli görünür, çünki biz artıq tranzistor texnologiyasının həddinə yaxınlaşırıq. Onsuz da ən kiçik tranzistorların ölçüsü cəmi bir neçə on nanometrdir. Onları bir neçə yüz dəfə az altsaq, sadəcə atomun ölçülərinə çatacağıq. Şübhəsiz ki, bu yaxşıdır, amma elektronikanın səmərəliliyinin artırılması baxımından necə irəliləmək olar? Bunun üçün siz yeni səviyyəyə keçməlisiniz. Məsələn, kvant kompüterləri yaratmaq üçün.
Nəticə
Ultra irimiqyaslı inteqral sxemlər bəşəriyyətin inkişafına və malik olduğumuz imkanlara əhəmiyyətli təsir göstərmişdir. Lakin çox güman ki, onlar tezliklə köhnələcək və onların yerinə tamamilə fərqli bir şey gələcək.
Axı, təəssüf ki, biz artıq imkanlar həddinə yaxınlaşırıq və insanlıq bir yerdə dayanmağa öyrəşməyib. Buna görə də, çox güman ki, ultra-böyük inteqral sxemlərə layiqli qiymət veriləcək, bundan sonra onlar daha təkmil dizaynlarla əvəz olunacaqlar. Amma hələlik biz hamımız VLSI-ni mövcud yaradılışın zirvəsi kimi istifadə edirik.
