Công nghệ máy tính đang phát triển cực kỳ nhanh chóng. Có những bố cục và sự phát triển mới phải đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao. Một trong những điều thú vị nhất là mạch tích hợp rất lớn. Nó là gì? Tại sao cô ấy có một cái tên như vậy? Chúng tôi biết cách VLSI là viết tắt của nó, nhưng nó trông như thế nào trong thực tế? Chúng được sử dụng ở đâu?
Lịch sử phát triển
Vào đầu những năm 60, các vi mạch bán dẫn đầu tiên xuất hiện. Kể từ đó, vi điện tử đã đi một chặng đường dài từ các yếu tố logic đơn giản đến các thiết bị kỹ thuật số phức tạp nhất. Máy tính đa chức năng và phức tạp hiện đại có thể hoạt động trên một tinh thể đơn bán dẫn duy nhất, diện tích của nó là một cm vuông.
Lẽ ra phải có chúng bằng cách nào đóphân loại và phân biệt. Mạch tích hợp rất lớn (VLSI) được đặt tên như vậy vì cần phải chỉ định một vi mạch, trong đó mức độ tích hợp vượt quá 104 phần tử trên mỗi chip. Nó xảy ra vào cuối những năm bảy mươi. Trong vòng vài năm, rõ ràng đây là hướng đi chung cho vi điện tử.
Vì vậy, mạch tích hợp rất lớn được đặt tên như vậy bởi vì nó là cần thiết để phân loại tất cả các thành tựu trong lĩnh vực này. Ban đầu, vi điện tử được xây dựng dựa trên các hoạt động lắp ráp và tham gia vào việc thực hiện các chức năng phức tạp bằng cách kết hợp nhiều yếu tố trong một thứ.
Và sau đó là gì?
Ban đầu, một phần đáng kể của sự gia tăng giá thành sản phẩm được sản xuất chính là ở quá trình lắp ráp. Các giai đoạn chính mà mỗi sản phẩm phải trải qua là thiết kế, thực hiện và xác minh các kết nối giữa các thành phần. Các chức năng, cũng như kích thước của các thiết bị đã được triển khai trong thực tế, chỉ bị giới hạn bởi số lượng thành phần được sử dụng, độ tin cậy và kích thước vật lý của chúng.
Vì vậy, nếu họ nói rằng một số mạch tích hợp rất lớn nặng hơn 10 kg thì hoàn toàn có thể xảy ra. Câu hỏi duy nhất là tính hợp lý của việc sử dụng một khối lớn các thành phần như vậy.
Phát triển
Tôi muốn thực hiện một lạc đề nhỏ nữa. Trong lịch sử, các mạch tích hợp đã được thu hút bởi kích thước và trọng lượng nhỏ của chúng. Mặc dù dần dần, cùng với sự phát triển, những cơ hội ngày càng đến gầnvị trí của các phần tử. Và không chỉ. Điều này không chỉ được hiểu là một vị trí nhỏ gọn mà còn là sự cải thiện về các chỉ số công thái học, tăng hiệu suất và mức độ tin cậy khi vận hành.
Cần chú ý đặc biệt đến các chỉ số vật chất và năng lượng, phụ thuộc trực tiếp vào diện tích của tinh thể được sử dụng trên mỗi thành phần. Điều này phần lớn phụ thuộc vào chất được sử dụng. Ban đầu, gecmani được sử dụng cho các sản phẩm bán dẫn. Nhưng theo thời gian, nó đã được thay thế bằng silicon, có nhiều đặc điểm hấp dẫn hơn.
Điều gì đang được sử dụng bây giờ?
Vì vậy, chúng ta biết rằng mạch tích hợp rất lớn được đặt tên như vậy vì nó chứa nhiều thành phần. Những công nghệ nào hiện đang được sử dụng để tạo ra chúng? Họ thường nói về vùng submicron sâu, nơi có thể đạt được việc sử dụng hiệu quả các thành phần có kích thước 0,25-0,5 micron và điện tử nano, nơi các phần tử được đo bằng nanomet. Hơn nữa, lần đầu tiên dần dần trở thành lịch sử, và trong lần thứ hai ngày càng nhiều khám phá được thực hiện. Đây là danh sách ngắn các phát triển đang được tạo:
- Vi mạch silicon cực lớn. Chúng có kích thước thành phần tối thiểu trong vùng submicron sâu.
- Thiết bị kết hợp tốc độ cao và mạch tích hợp. Chúng được xây dựng trên cơ sở silic, germani, gali arsenide, cũng như một số hợp chất khác.
- Công nghệ của các thiết bị kích thước nano, trong đó công nghệ in nano nên được đề cập riêng.
Mặc dù kích thước nhỏ được chỉ ra ở đây, nhưng không cần phải nhầm lẫn về kích thước nàomạch tích hợp cực lớn cuối cùng. Kích thước tổng thể của nó có thể thay đổi theo cm và trong một số thiết bị cụ thể thậm chí là mét. Micromet và nanomet chỉ là kích thước của các phần tử riêng lẻ (chẳng hạn như bóng bán dẫn) và số lượng của chúng có thể lên đến hàng tỷ!
Mặc dù con số như vậy, nhưng nó có thể là một mạch tích hợp quy mô cực lớn nặng vài trăm gam. Mặc dù có thể nó sẽ nặng đến mức ngay cả người lớn cũng không thể tự nhấc được.
Chúng được tạo ra như thế nào?
Hãy xem xét công nghệ hiện đại. Vì vậy, để tạo ra vật liệu đơn tinh thể bán dẫn siêu tinh khiết, cũng như thuốc thử công nghệ (bao gồm cả chất lỏng và khí), bạn cần:
- Đảm bảo điều kiện làm việc siêu sạch trong khu vực vận chuyển và chế biến wafer.
- Phát triển các hoạt động công nghệ và tạo ra một bộ thiết bị, nơi sẽ có kiểm soát quy trình tự động. Điều này là cần thiết để đảm bảo chất lượng chế biến quy định và mức độ ô nhiễm thấp. Mặc dù chúng ta không nên quên về hiệu suất cao và độ tin cậy của các thành phần điện tử được tạo ra.
Có phải là một trò đùa khi các phần tử được tạo ra, kích thước của chúng được tính bằng nanomet không? Than ôi, một người không thể thực hiện các thao tác đòi hỏi độ chính xác đến mức phi thường.
Còn các nhà sản xuất trong nước thì sao?
Tại saoMạch tích hợp cực lớn có liên quan chặt chẽ với sự phát triển của nước ngoài không? Đầu những năm 50 của thế kỷ trước, Liên Xô chiếm vị trí thứ hai về phát triển điện tử. Nhưng hiện nay, việc cạnh tranh với các công ty nước ngoài là vô cùng khó đối với các nhà sản xuất trong nước. Tuy nhiên, nó không phải là xấu.
Như vậy, liên quan đến việc tạo ra các sản phẩm phức hợp chuyên sâu về khoa học, chúng ta có thể tự tin nói rằng Liên bang Nga hiện có đủ điều kiện, nhân sự và tiềm lực khoa học. Có khá nhiều doanh nghiệp và tổ chức có thể phát triển các thiết bị điện tử khác nhau. Đúng, tất cả những thứ này tồn tại trong một số lượng khá hạn chế.
Vì vậy, thường xảy ra trường hợp "nguyên liệu thô" công nghệ cao được sử dụng để phát triển, chẳng hạn như bộ nhớ VLSI, bộ vi xử lý và bộ điều khiển được sản xuất ở nước ngoài. Nhưng đồng thời, một số vấn đề về xử lý tín hiệu và tính toán được giải quyết theo chương trình.
Mặc dù không nên cho rằng chúng tôi có thể độc quyền mua và lắp ráp thiết bị từ các thành phần khác nhau. Ngoài ra còn có các phiên bản nội địa của bộ vi xử lý, bộ điều khiển, mạch tích hợp quy mô cực lớn và các phát triển khác. Tuy nhiên, than ôi, họ không thể cạnh tranh với các nhà lãnh đạo trên thế giới về hiệu quả của họ, điều này gây khó khăn cho việc triển khai thương mại của họ. Tuy nhiên, việc sử dụng chúng trong các hệ thống trong nước, nơi bạn không cần nhiều điện năng hoặc bạn cần quan tâm đến độ tin cậy là hoàn toàn có thể.
PLC cho logic có thể lập trình
Đây là một loại hình phát triển hứa hẹn được phân bổ riêng biệt. Họ không còn cạnh tranh trong những lĩnh vực mà bạn cần tạocác thiết bị chuyên dụng hiệu suất cao tập trung vào việc thực hiện phần cứng. Nhờ đó, nhiệm vụ song song hóa quy trình xử lý được giải quyết và hiệu suất tăng gấp 10 lần (khi so sánh với các giải pháp phần mềm).
Về cơ bản, các mạch tích hợp quy mô cực lớn này có các bộ chuyển đổi chức năng linh hoạt, có thể cấu hình cho phép người dùng tùy chỉnh các kết nối giữa chúng. Và tất cả đều nằm trên một tinh thể. Kết quả là chu kỳ xây dựng ngắn hơn, mang lại lợi ích kinh tế cho sản xuất quy mô nhỏ và khả năng thực hiện thay đổi ở bất kỳ giai đoạn nào của thiết kế.
Việc phát triển các mạch tích hợp cực lớn logic có thể lập trình được mất vài tháng. Sau đó, chúng được định cấu hình trong thời gian ngắn nhất có thể - và tất cả đều ở mức chi phí tối thiểu. Có các nhà sản xuất, kiến trúc và khả năng khác nhau của sản phẩm mà họ tạo ra, điều này làm tăng đáng kể khả năng hoàn thành nhiệm vụ.
Chúng được phân loại như thế nào?
Thường được sử dụng cho việc này:
- Năng lực logic (mức độ tích hợp).
- Tổ chức cấu trúc bên trong.
- Loại mục có thể lập trình được sử dụng.
- Kiến trúc bộ chuyển đổi hàm.
- Có / không có RAM bên trong.
Mỗi mục đều đáng được quan tâm. Nhưng than ôi, dung lượng bài viết có hạn nên chúng tôi sẽ chỉ xem xét thành phần quan trọng nhất.
là gìnăng lực logic?
Đây là tính năng quan trọng nhất đối với các mạch tích hợp quy mô rất lớn. Số lượng bóng bán dẫn trong chúng có thể lên đến hàng tỷ. Nhưng đồng thời, kích thước của chúng chỉ bằng một phần nhỏ của micromet. Nhưng do sự dư thừa của cấu trúc, dung lượng logic được đo bằng số lượng cổng cần thiết để triển khai thiết bị.
Để chỉ định chúng, các chỉ số của hàng trăm nghìn và hàng triệu đơn vị được sử dụng. Giá trị của dung lượng logic càng cao, thì càng có nhiều cơ hội mà một mạch tích hợp quy mô cực lớn có thể mang lại cho chúng ta.
Về các mục tiêu theo đuổi
VLSI ban đầu được tạo ra cho các máy thế hệ thứ năm. Trong quá trình sản xuất, họ đã được hướng dẫn bởi kiến trúc phân luồng và việc triển khai giao diện người-máy thông minh, không chỉ cung cấp giải pháp có hệ thống cho các vấn đề mà còn cung cấp cho Masha cơ hội để suy nghĩ logic, tự học và rút ra logic kết luận.
Người ta cho rằng giao tiếp sẽ được thực hiện bằng ngôn ngữ tự nhiên bằng hình thức nói. Chà, bằng cách này hay cách khác, nó đã được thực hiện. Tuy nhiên, vẫn còn lâu mới có thể tạo ra các mạch tích hợp siêu lớn lý tưởng hoàn toàn không có vấn đề. Nhưng chúng ta, nhân loại, đang tiến về phía trước với sự tự tin. Tự động hóa thiết kế VLSI đóng một vai trò lớn trong việc này.
Như đã đề cập trước đây, việc này đòi hỏi rất nhiều nhân lực và thời gian. Vì vậy, để tiết kiệm chi phí, tự động hóa được sử dụng rộng rãi. Rốt cuộc, khi nào cần thiết lập kết nối giữa hàng tỷcác thành phần, thậm chí một nhóm vài chục người sẽ dành nhiều năm cho nó. Trong khi đó, tự động hóa có thể thực hiện điều này trong vài giờ, nếu thuật toán chính xác được đặt ra.
Hiện tại, việc giảm thêm nữa dường như có vấn đề, vì chúng ta đã tiến gần đến giới hạn của công nghệ bóng bán dẫn. Hiện tại, các bóng bán dẫn nhỏ nhất chỉ có kích thước vài chục nanomet. Nếu chúng ta giảm chúng đi vài trăm lần, thì chúng ta sẽ đơn giản chạy vào các kích thước của nguyên tử. Không nghi ngờ gì nữa, điều này là tốt, nhưng làm thế nào để tiến lên trong việc tăng hiệu quả của thiết bị điện tử? Để làm được điều này, bạn phải lên một tầm cao mới. Ví dụ: để tạo máy tính lượng tử.
Kết
Các vi mạch tích hợp quy mô cực lớn đã có tác động đáng kể đến sự phát triển của nhân loại và những khả năng mà chúng ta có. Nhưng rất có thể chúng sẽ sớm trở nên lỗi thời và một thứ gì đó hoàn toàn khác sẽ thay thế chúng.
Rốt cuộc, than ôi, chúng ta đã tiến gần đến giới hạn của khả năng, và loài người không quen đứng yên. Do đó, rất có thể các vi mạch tích hợp siêu lớn sẽ được vinh danh xứng đáng, sau đó chúng sẽ được thay thế bằng các thiết kế cao cấp hơn. Nhưng hiện tại, tất cả chúng ta đều sử dụng VLSI như đỉnh cao của sự sáng tạo hiện có.
