La tecnología informática se está desarrollando extremadamente rápido. Hay nuevos diseños y desarrollos que deben cumplir requisitos cada vez mayores. Una de las cosas más interesantes es el gran circuito integrado. ¿Lo que es? ¿Por qué tiene ese nombre? Sabemos qué significa VLSI, pero ¿cómo se ve en la práctica? ¿Dónde se utilizan?
Historial de desarrollo
A principios de los años sesenta, aparecieron los primeros microcircuitos semiconductores. Desde entonces, la microelectrónica ha recorrido un largo camino desde simples elementos lógicos hasta los dispositivos digitales más complejos. Las computadoras modernas, complejas y multifuncionales pueden operar en un solo cristal semiconductor, cuyo área es de un centímetro cuadrado.
Debería haberlos tenido de alguna maneraclasificar y distinguir. El circuito integrado muy grande (VLSI) se llama así porque había una necesidad de designar un microcircuito, en el que el grado de integración superaba los 104 elementos por chip. Ocurrió a finales de los setenta. En unos pocos años, quedó claro que esta era la dirección general de la microelectrónica.
Entonces, el gran circuito integrado se llama así porque era necesario clasificar todos los logros en esta área. Inicialmente, la microelectrónica se basaba en operaciones de ensamblaje y se dedicaba a la implementación de funciones complejas mediante la combinación de muchos elementos en una sola cosa.
¿Y luego qué?
Inicialmente, una parte importante del aumento en el costo de los productos manufacturados se dio precisamente en el proceso de ensamblaje. Las principales etapas por las que ha tenido que pasar cada producto son el diseño, implementación y verificación de conexiones entre componentes. Las funciones, así como las dimensiones de los dispositivos que se han implementado en la práctica, están limitadas únicamente por la cantidad de componentes utilizados, su confiabilidad y dimensiones físicas.
Entonces, si dicen que un circuito integrado muy grande pesa más de 10 kg, es muy posible. La única pregunta es la racionalidad de usar un bloque tan grande de componentes.
Desarrollo
Me gustaría hacer una pequeña digresión más. Históricamente, los circuitos integrados se han sentido atraídos por su pequeño tamaño y peso. Aunque gradualmente, con el desarrollo, surgieron oportunidades para estar cada vez más cercacolocación de elementos. Y no solo. Esto debe entenderse no solo como una ubicación compacta, sino también como una mejora en los indicadores ergonómicos, un aumento en el rendimiento y un nivel de confiabilidad operativa.
Se debe prestar especial atención a los indicadores de material y energía, que dependen directamente del área del cristal utilizado por componente. Esto dependía en gran medida de la sustancia utilizada. Inicialmente, el germanio se utilizó para productos semiconductores. Pero con el tiempo, fue suplantado por el silicio, que tiene características más atractivas.
¿Qué se está usando ahora?
Así que sabemos que el circuito integrado muy grande se llama así porque contiene muchos componentes. ¿Qué tecnologías se están utilizando actualmente para crearlos? La mayoría de las veces hablan de la región submicrométrica profunda, que permite lograr el uso efectivo de componentes en 0,25-0,5 micrones, y nanoelectrónica, donde los elementos se miden en nanómetros. Además, el primero se convierte gradualmente en historia, y en el segundo se hacen más y más descubrimientos. Aquí hay una breve lista de los desarrollos que se están creando:
- Circuitos de silicio ultragrandes. Tienen tamaños mínimos de componentes en la región submicrónica profunda.
- Dispositivos de heterounión de alta velocidad y circuitos integrados. Están construidos a base de silicio, germanio, arseniuro de galio, así como una serie de otros compuestos.
- Tecnología de dispositivos a nanoescala, de los cuales la nanolitografía debe mencionarse por separado.
Aunque aquí se indican tamaños pequeños, pero no hay necesidad de confundirse sobre cuál esÚltimo circuito integrado ultra grande. Sus dimensiones totales pueden variar en centímetros, y en algunos dispositivos específicos incluso en metros. Los micrómetros y los nanómetros son solo del tamaño de los elementos individuales (como los transistores), ¡y su número puede ser de miles de millones!
A pesar de tal número, puede ser que un circuito integrado de gran escala pese varios cientos de gramos. Aunque es posible que sea tan pesado que ni siquiera un adulto pueda levantarlo por sí mismo.
¿Cómo se crean?
Consideremos la tecnología moderna. Por lo tanto, para crear materiales monocristalinos semiconductores ultrapuros, así como reactivos tecnológicos (incluidos líquidos y gases), necesita:
- Garantizar condiciones de trabajo ultralimpias en el área de procesamiento y transporte de obleas.
- Desarrollar operaciones tecnológicas y crear un conjunto de equipos, donde habrá control de procesos automatizado. Esto es necesario para garantizar la calidad de procesamiento especificada y bajos niveles de contaminación. Aunque no debemos olvidarnos del alto rendimiento y la fiabilidad de los componentes electrónicos creados.
¿Es una broma cuando se crean elementos cuyo tamaño se calcula en nanómetros? Por desgracia, es imposible que una persona realice operaciones que requieran una precisión fenomenal.
¿Qué pasa con los productores nacionales?
Por qué¿El circuito integrado ultra grande está fuertemente asociado con desarrollos extranjeros? A principios de los años 50 del siglo pasado, la URSS ocupó el segundo lugar en el desarrollo de la electrónica. Pero ahora es extremadamente difícil para los productores nacionales competir con empresas extranjeras. Aunque no todo es malo.
Por lo tanto, con respecto a la creación de productos complejos intensivos en ciencia, podemos decir con confianza que la Federación Rusa ahora tiene las condiciones, el personal y el potencial científico. Hay bastantes empresas e instituciones que pueden desarrollar varios dispositivos electrónicos. Es cierto que todo esto existe en un volumen bastante limitado.
Por lo tanto, suele ocurrir cuando se utilizan "materias primas" de alta tecnología para el desarrollo, como la memoria VLSI, los microprocesadores y los controladores fabricados en el extranjero. Pero al mismo tiempo, ciertos problemas de procesamiento de señales y cálculos se resuelven mediante programación.
Aunque no se debe suponer que podemos comprar y ensamblar equipos exclusivamente a partir de varios componentes. También hay versiones domésticas de procesadores, controladores, circuitos integrados de ultra gran escala y otros desarrollos. Pero, lamentablemente, no pueden competir con los líderes mundiales en términos de efectividad, lo que dificulta su implementación comercial. Pero usarlos en sistemas domésticos donde no necesita mucha energía o necesita cuidar la confiabilidad es muy posible.
PLCs para lógica programable
Este es un tipo de desarrollo prometedor asignado por separado. Están fuera de competencia en aquellas áreas donde necesitas crearDispositivos especializados de alto rendimiento enfocados a la implementación de hardware. Gracias a esto, la tarea de paralelizar el proceso de procesamiento se resuelve y el rendimiento se multiplica por diez (en comparación con las soluciones de software).
Esencialmente, estos circuitos integrados de gran escala tienen convertidores de funciones versátiles y configurables que permiten a los usuarios personalizar las conexiones entre ellos. Y todo está en un cristal. El resultado es un ciclo de construcción más corto, un beneficio económico para la producción a pequeña escala y la capacidad de realizar cambios en cualquier etapa del diseño.
El desarrollo de circuitos integrados ultragrandes de lógica programable lleva varios meses. Después de eso, se configuran en el menor tiempo posible, y todo esto a un nivel mínimo de costos. Hay diferentes fabricantes, arquitecturas y capacidades de los productos que crean, lo que aumenta enormemente la capacidad de completar tareas.
¿Cómo se clasifican?
Usualmente se usa para esto:
- Capacidad lógica (grado de integración).
- Organización de la estructura interna.
- Tipo de elemento programable utilizado.
- Arquitectura del convertidor de funciones.
- Presencia/ausencia de RAM interna.
Cada elemento merece atención. Pero, lamentablemente, el tamaño del artículo es limitado, por lo que solo consideraremos el componente más importante.
¿Qué escapacidad lógica?
Esta es la característica más importante para los circuitos integrados a gran escala. El número de transistores en ellos puede ser de miles de millones. Pero al mismo tiempo, su tamaño es igual a una miserable fracción de micrómetro. Pero debido a la redundancia de las estructuras, la capacidad lógica se mide en el número de puertas que se necesitan para implementar el dispositivo.
Para designarlos se utilizan indicadores de cientos de miles y millones de unidades. Cuanto mayor sea el valor de la capacidad lógica, más oportunidades nos puede ofrecer un circuito integrado de gran escala.
Sobre los objetivos perseguidos
VLSI se creó originalmente para máquinas de quinta generación. En su fabricación, se guiaron por una arquitectura de transmisión y la implementación de una interfaz hombre-máquina inteligente, que no solo brindará una solución sistemática a los problemas, sino que también brindará a Masha la oportunidad de pensar lógicamente, autoaprender y dibujar lógicamente. conclusiones.
Se asumió que la comunicación se llevaría a cabo en lenguaje natural usando una forma de habla. Bueno, de una forma u otra se implementó. Pero aún así, todavía está lejos de la creación completa y sin problemas de circuitos integrados ultra grandes ideales. Pero nosotros, la humanidad, avanzamos con confianza. La automatización del diseño VLSI juega un papel importante en esto.
Como se mencionó anteriormente, esto requiere muchos recursos humanos y de tiempo. Por lo tanto, para ahorrar dinero, la automatización se usa ampliamente. Después de todo, cuando es necesario establecer conexiones entre miles de millonescomponentes, incluso un equipo de varias docenas de personas pasará años en él. Mientras que la automatización puede hacer esto en cuestión de horas, si se establece el algoritmo correcto.
Una mayor reducción parece problemática ahora, ya que ya nos estamos acercando al límite de la tecnología de transistores. Los transistores más pequeños ya tienen solo unas pocas decenas de nanómetros de tamaño. Si los reducimos varios cientos de veces, simplemente nos encontraremos con las dimensiones del átomo. Sin duda, esto es bueno, pero ¿cómo avanzar en términos de aumentar la eficiencia de la electrónica? Para hacer esto, tienes que ir a un nuevo nivel. Por ejemplo, para crear computadoras cuánticas.
Conclusión
Los circuitos integrados de ultra gran escala han tenido un impacto significativo en el desarrollo de la humanidad y las posibilidades que tenemos. Pero es probable que pronto se vuelvan obsoletos y algo completamente diferente venga a reemplazarlos.
Después de todo, por desgracia, ya nos estamos acercando al límite de las posibilidades, y la humanidad no está acostumbrada a quedarse quieta. Por lo tanto, es probable que los circuitos integrados ultragrandes reciban los debidos honores, después de lo cual serán reemplazados por diseños más avanzados. Pero por ahora, todos usamos VLSI como el pináculo de la creación existente.
