Kompyuter texnologiyalari juda tez rivojlanmoqda. Doimiy ortib borayotgan talablarga javob beradigan yangi maketlar va ishlanmalar mavjud. Eng qiziqarli narsalardan biri bu juda katta integral sxema. Bu nima? Nega u bunday ismga ega? Biz VLSI qanday ma'noni anglatishini bilamiz, lekin amalda u qanday ko'rinadi? Ular qayerda ishlatiladi?
Rivojlanish tarixi
60-yillarning boshlarida birinchi yarimo'tkazgichli mikrosxemalar paydo bo'ldi. O'shandan beri mikroelektronika oddiy mantiqiy elementlardan eng murakkab raqamli qurilmalargacha uzoq yo'lni bosib o'tdi. Zamonaviy murakkab va ko‘p funksiyali kompyuterlar maydoni bir kvadrat santimetr bo‘lgan yagona yarimo‘tkazgichli monokristalda ishlashi mumkin.
Ular qandaydir bo'lishi kerak editasniflash va farqlash. Juda katta integral mikrosxema (VLSI) shunday nomlangan, chunki integratsiya darajasi har bir chip uchun 104 elementdan oshgan mikrosxemani belgilash zarurati tug'ilgan. Bu yetmishinchi yillarning oxirida sodir bo'ldi. Bir necha yil ichida bu mikroelektronikaning umumiy yo'nalishi ekanligi ayon bo'ldi.
Demak, juda katta integral mikrosxemalar shunday nomlangan, chunki bu sohadagi barcha yutuqlarni tasniflash zarur edi. Dastlab, mikroelektronika yig'ish operatsiyalari asosida qurilgan va ko'plab elementlarni bir narsada birlashtirib, murakkab funktsiyalarni amalga oshirish bilan shug'ullangan.
Va keyin nima?
Dastavval ishlab chiqarilgan mahsulotlar tannarxining oshishining muhim qismi aynan yig'ish jarayonida bo'lgan. Har bir mahsulot o'tishi kerak bo'lgan asosiy bosqichlar - bu tarkibiy qismlar o'rtasidagi aloqalarni loyihalash, amalga oshirish va tekshirish. Amalda amalga oshirilgan funksiyalar, shuningdek, qurilmalarning o'lchamlari faqat ishlatiladigan komponentlar soni, ularning ishonchliligi va jismoniy o'lchamlari bilan cheklangan.
Demak, agar ular juda katta integral mikrosxemaning og'irligi 10 kg dan ortiq deb aytishsa, bu juda mumkin. Bitta savol - bunday katta komponentlar blokidan foydalanishning oqilonaligi.
Rivojlanish
Men yana bir kichik fikrni aytmoqchiman. Tarixan integral mikrosxemalar kichik o'lchamlari va og'irligi bilan o'ziga tortilgan. Asta-sekin rivojlanish bilan birga, yanada yaqinlashish uchun imkoniyatlar mavjud edielementlarni joylashtirish. Nafaqat. Buni nafaqat ixcham joylashtirish, balki ergonomik ko'rsatkichlarning yaxshilanishi, samaradorlikning oshishi va operatsion ishonchlilik darajasi ham tushunilishi kerak.
To'g'ridan-to'g'ri har bir komponent uchun ishlatiladigan kristall maydoniga bog'liq bo'lgan moddiy va energiya ko'rsatkichlariga alohida e'tibor berilishi kerak. Bu ko'p jihatdan ishlatiladigan moddaga bog'liq edi. Dastlab, germaniy yarimo'tkazgichli mahsulotlar uchun ishlatilgan. Ammo vaqt o'tishi bilan u yanada jozibali xususiyatlarga ega bo'lgan kremniy bilan almashtirildi.
Hozir nima ishlatilmoqda?
Shunday qilib, biz juda katta integral mikrosxemaning shunday nomlanganini bilamiz, chunki u juda koʻp komponentlarni oʻz ichiga oladi. Hozirda ularni yaratish uchun qanday texnologiyalar qo'llanilmoqda? Ko'pincha ular 0,25-0,5 mikrondagi tarkibiy qismlardan samarali foydalanishga erishishga imkon beradigan chuqur submikron mintaqasi va elementlar nanometrlarda o'lchanadigan nanoelektronika haqida gapirishadi. Bundan tashqari, birinchisi asta-sekin tarixga aylanadi, ikkinchisida esa tobora ko'proq kashfiyotlar qilinadi. Mana yaratilayotgan ishlanmalarning qisqa roʻyxati:
- Ultra-katta kremniy sxemalari. Ular chuqur submikron hududida minimal komponent oʻlchamlariga ega.
- Yuqori tezlikdagi hetero-birikma qurilmalari va integral mikrosxemalar. Ular kremniy, germaniy, galliy arsenid, shuningdek, bir qator boshqa birikmalar asosida qurilgan.
- Nano-oʻlchamli qurilmalar texnologiyasi, ulardan nanolitografiyani alohida tilga olish kerak.
Bu yerda kichik oʻlchamlar koʻrsatilgan boʻlsa-da, lekin qaysi biri haqida xato qilish shart emas.yakuniy ultra-katta integral sxema. Uning umumiy o'lchamlari santimetrda, ba'zi maxsus qurilmalarda esa metrlarda o'zgarishi mumkin. Mikrometrlar va nanometrlar faqat alohida elementlarning o'lchamidir (masalan, tranzistorlar) va ularning soni milliardlab bo'lishi mumkin!
Bunday raqamga qaramay, ultra katta hajmdagi integral sxema bir necha yuz gramm og'irlikda bo'lishi mumkin. Garchi u shunchalik og'ir bo'lishi mumkinki, hatto kattalar ham uni mustaqil ko'tarolmaydi.
Ular qanday yaratilgan?
Zamonaviy texnologiyani ko'rib chiqaylik. Shunday qilib, ultra toza yarim o'tkazgichli monokristalli materiallarni, shuningdek texnologik reagentlarni (shu jumladan suyuqliklar va gazlarni) yaratish uchun sizga kerak:
- Vafreni qayta ishlash va tashish sohasida juda toza ish sharoitlarini ta'minlang.
- Texnologik operatsiyalarni ishlab chiqish va jarayonlarni avtomatlashtirilgan boshqarish bo'lgan uskunalar to'plamini yaratish. Bu qayta ishlashning belgilangan sifati va ifloslanishning past darajasini ta'minlash uchun zarur. Garchi yaratilgan elektron komponentlarning yuqori ishlashi va ishonchliligini unutmasligimiz kerak.
Oʻlchami nanometrlarda hisoblangan elementlar yaratilsa, bu hazilmi? Afsuski, odam ajoyib aniqlikni talab qiladigan operatsiyalarni bajara olmaydi.
Mahalliy ishlab chiqaruvchilar-chi?
NegaUltra-katta integral mikrosxemalar xorijiy o'zgarishlar bilan kuchli bog'liqmi? O'tgan asrning 50-yillari boshlarida SSSR elektronika rivojlanishida ikkinchi o'rinni egalladi. Ammo hozirda mahalliy ishlab chiqaruvchilar uchun xorijiy kompaniyalar bilan raqobatlashish nihoyatda qiyin. Hammasi yomon emas.
Shunday qilib, murakkab ilm-fanni talab qiluvchi mahsulotlarni yaratish borasida ishonch bilan aytish mumkinki, Rossiya Federatsiyasida hozirda sharoit, kadrlar va ilmiy salohiyat mavjud. Turli xil elektron qurilmalarni ishlab chiqa oladigan ko'plab korxona va muassasalar mavjud. Toʻgʻri, bularning barchasi cheklangan hajmda mavjud.
Demak, koʻpincha xorijda ishlab chiqarilgan VLSI xotirasi, mikroprotsessorlar va kontrollerlar kabi yuqori texnologiyali "xom ashyolar" ishlab chiqish uchun foydalaniladi. Shu bilan birga, signalni qayta ishlash va hisoblashning ba'zi muammolari dasturiy tarzda hal qilinadi.
Biz faqat turli komponentlardan uskunani sotib olishimiz va yig'ishimiz mumkin deb o'ylamaslik kerak. Shuningdek, protsessorlar, kontrollerlar, o'ta keng ko'lamli integral mikrosxemalar va boshqa ishlanmalarning mahalliy versiyalari mavjud. Ammo, afsuski, ular o'zlarining samaradorligi bo'yicha dunyo yetakchilari bilan raqobatlasha olmaydilar, bu esa ularni tijorat maqsadlarida amalga oshirishni qiyinlashtiradi. Ammo ularni ko'p quvvat talab qilmaydigan yoki ishonchliligi haqida qayg'uradigan mahalliy tizimlarda ishlatish juda mumkin.
Programlanadigan mantiq uchun PLClar
Bu alohida ajratilgan istiqbolli rivojlanish turi. Siz yaratishingiz kerak bo'lgan sohalarda ular raqobatdan tashqaridaapparat ta'minotini amalga oshirishga qaratilgan yuqori samarali ixtisoslashtirilgan qurilmalar. Buning yordamida qayta ishlash jarayonini parallellashtirish vazifasi hal qilinadi va unumdorlik o'n baravar oshadi (dasturiy yechimlar bilan solishtirganda).
Aslida, bu oʻta keng koʻlamli integral mikrosxemalar koʻp qirrali, sozlanishi funksiyali konvertorlarga ega boʻlib, foydalanuvchilarga ular orasidagi ulanishlarni sozlash imkonini beradi. Va barchasi bitta kristalda. Natijada qisqaroq qurilish tsikli, kichik hajmdagi ishlab chiqarish uchun iqtisodiy foyda va dizaynning istalgan bosqichida o‘zgartirishlar kiritish imkoniyati mavjud.
Programlanadigan mantiqiy ultra-katta integral mikrosxemalarni ishlab chiqish bir necha oy davom etadi. Shundan so'ng, ular eng qisqa vaqt ichida sozlanadi - va bularning barchasi minimal xarajatlar darajasida. Turli ishlab chiqaruvchilar, ular yaratgan mahsulotlarning arxitekturasi va imkoniyatlari mavjud, bu esa vazifalarni bajarish qobiliyatini sezilarli darajada oshiradi.
Ular qanday tasniflanadi?
Odatda buning uchun ishlatiladi:
- Mantiqiy imkoniyatlar (integratsiya darajasi).
- Ichki tuzilmani tashkil etish.
- Ishlatilgan dasturlashtiriladigan element turi.
- Funktsiya konvertori arxitekturasi.
- Ichki operativ xotira mavjudligi/yo'qligi.
Har bir element e'tiborga loyiq. Afsuski, maqola hajmi cheklangan, shuning uchun biz faqat eng muhim komponentni ko'rib chiqamiz.
Nimamantiqiy sig'im?
Bu juda katta hajmdagi integral mikrosxemalar uchun eng muhim xususiyatdir. Ulardagi tranzistorlar soni milliardlab bo'lishi mumkin. Ammo shu bilan birga, ularning o'lchami mikrometrning baxtsiz qismiga teng. Ammo tuzilmalarning ortiqchaligi tufayli mantiqiy imkoniyatlar qurilmani amalga oshirish uchun zarur bo'lgan eshiklar soni bilan o'lchanadi.
Ularni belgilash uchun yuz minglab va millionlab birlik ko'rsatkichlari qo'llaniladi. Mantiqiy sig‘im qanchalik yuqori bo‘lsa, o‘ta keng miqyosli integral mikrosxemalar bizga shunchalik ko‘p imkoniyatlar taqdim etadi.
Ezilgan maqsadlar haqida
VLSI dastlab beshinchi avlod mashinalari uchun yaratilgan. Ularni ishlab chiqarishda ular oqimli arxitektura va aqlli inson-mashina interfeysini amalga oshirishga asoslangan bo'lib, bu nafaqat muammolarni tizimli hal qilishni ta'minlaydi, balki Mashaga mantiqiy fikrlash, o'z-o'zini o'rganish va mantiqiy chizish imkoniyatini beradi. xulosalar.
Muloqot nutq shakli yordamida tabiiy tilda olib boriladi, deb taxmin qilingan. Xo'sh, u yoki bu tarzda amalga oshirildi. Ammo baribir, u ideal ultra-katta integral mikrosxemalarni to'liq muammosiz yaratishdan hali ham uzoqdir. Lekin biz, insoniyat, ishonch bilan olg‘a intilyapmiz. Bunda VLSI dizaynini avtomatlashtirish katta rol o'ynaydi.
Avval aytib o'tganimizdek, bu juda ko'p inson va vaqt resurslarini talab qiladi. Shuning uchun pulni tejash uchun avtomatlashtirish keng qo'llaniladi. Axir, milliardlar o'rtasida aloqalarni o'rnatish kerak bo'lgandakomponentlar, hatto bir necha o'nlab odamlardan iborat jamoa unga yillar sarflaydi. To'g'ri algoritm o'rnatilgan bo'lsa, avtomatlashtirish buni bir necha soat ichida amalga oshirishi mumkin.
Keyinchalik qisqartirish hozir muammoli ko'rinadi, chunki biz allaqachon tranzistor texnologiyasi chegarasiga yaqinlashmoqdamiz. Zotan, eng kichik tranzistorlar bir necha o'nlab nanometrlarga ega. Agar biz ularni bir necha yuz marta kamaytirsak, biz shunchaki atomning o'lchamlariga kiramiz. Shubhasiz, bu yaxshi, lekin elektronikaning samaradorligini oshirish nuqtai nazaridan qanday qilib oldinga siljish kerak? Buning uchun siz yangi bosqichga o'tishingiz kerak. Masalan, kvant kompyuterlarini yaratish uchun.
Xulosa
Ultra keng koʻlamli integral mikrosxemalar insoniyat taraqqiyotiga va bizda mavjud imkoniyatlarga sezilarli taʼsir koʻrsatdi. Ammo, ehtimol, ular tez orada eskiradi va ularning o'rniga butunlay boshqa narsa keladi.
Axir, afsuski, biz allaqachon imkoniyatlar chegarasiga yaqinlashyapmiz va insoniyat bir joyda turishga odatlanmagan. Shuning uchun, ehtimol, ultra-katta integral mikrosxemalar munosib taqdirlanadi, shundan so'ng ular yanada ilg'or dizaynlar bilan almashtiriladi. Ammo hozircha biz barchamiz VLSI dan mavjud ijodning eng yuqori cho‘qqisi sifatida foydalanamiz.
