Համակարգչային տեխնոլոգիաները զարգանում են չափազանց արագ։ Կան նոր դասավորություններ և մշակումներ, որոնք պետք է համապատասխանեն անընդհատ աճող պահանջներին: Ամենահետաքրքիր բաներից մեկը շատ մեծ ինտեգրալ սխեման է: Ինչ է դա? Ինչու է նա նման անուն ունի: Մենք գիտենք, թե ինչպես է VLSI-ն նշանակում, բայց ինչպիսի՞ն է այն գործնականում: Որտե՞ղ են դրանք օգտագործվում:
Զարգացման պատմություն
Վաթսունականների սկզբին հայտնվեցին առաջին կիսահաղորդչային միկրոսխեմաները։ Այդ ժամանակից ի վեր միկրոէլեկտրոնիկան երկար ճանապարհ է անցել պարզ տրամաբանական տարրերից մինչև ամենաբարդ թվային սարքերը: Ժամանակակից բարդ և բազմաֆունկցիոնալ համակարգիչները կարող են աշխատել մեկ կիսահաղորդչային մեկ բյուրեղի վրա, որի մակերեսը կազմում է մեկ քառակուսի սանտիմետր:
Պետք է ինչ-որ կերպ դրանք ունենալդասակարգել և տարբերակել. Շատ մեծ ինտեգրված սխեման (VLSI) կոչվում է այսպես, քանի որ անհրաժեշտություն կար նշանակել միկրոշրջան, որի ինտեգրման աստիճանը գերազանցում է 104 տարրը մեկ չիպի համար: Դա տեղի ունեցավ յոթանասունականների վերջին։ Մի քանի տարվա ընթացքում պարզ դարձավ, որ դա միկրոէլեկտրոնիկայի ընդհանուր ուղղությունն է։
Այսպիսով, շատ մեծ ինտեգրալ սխեման այդպես է կոչվում, քանի որ անհրաժեշտ էր դասակարգել այս ոլորտում բոլոր ձեռքբերումները: Սկզբում միկրոէլեկտրոնիկան կառուցված էր հավաքման գործառնությունների վրա և զբաղվում էր բարդ գործառույթների իրականացմամբ՝ բազմաթիվ տարրեր միավորելով մեկ բանում։
Եվ հետո ինչ?
Սկզբում արտադրված արտադրանքի ինքնարժեքի բարձրացման զգալի մասը հենց հավաքման գործընթացում էր։ Հիմնական փուլերը, որոնց միջով պետք է անցներ յուրաքանչյուր ապրանք, բաղադրիչների միջև կապերի ձևավորումն է, իրականացումը և ստուգումը: Գործառույթները, ինչպես նաև սարքերի չափերը, որոնք գործնականում ներդրվել են, սահմանափակված են բացառապես օգտագործվող բաղադրիչների քանակով, դրանց հուսալիությամբ և ֆիզիկական չափսերով:
Այսպիսով, եթե նրանք ասում են, որ մի շատ մեծ ինտեգրալ շղթա կշռում է ավելի քան 10 կգ, դա միանգամայն հնարավոր է: Միակ հարցը բաղադրիչների նման մեծ բլոկի օգտագործման ռացիոնալությունն է։
Զարգացում
Կցանկանայի ևս մեկ փոքր շեղում անել. Պատմականորեն, ինտեգրալ սխեմաները գրավվել են իրենց փոքր չափերով և քաշով: Թեև աստիճանաբար, զարգացման հետ մեկտեղ, հնարավորություններ կային ավելի ու ավելի մոտ լինելու համարտարրերի տեղադրում. Եվ ոչ միայն. Սա պետք է հասկանալ ոչ միայն որպես կոմպակտ տեղադրություն, այլ նաև որպես էրգոնոմիկ ցուցանիշների բարելավում, կատարողականի բարձրացում և գործառնական հուսալիության մակարդակ:
Հատուկ ուշադրություն պետք է դարձնել նյութական և էներգիայի ցուցանիշներին, որոնք ուղղակիորեն կախված են մեկ բաղադրիչի համար օգտագործվող բյուրեղի տարածքից: Սա մեծապես կախված էր օգտագործվող նյութից։ Սկզբում գերմանն օգտագործվում էր կիսահաղորդչային արտադրանքի համար։ Սակայն ժամանակի ընթացքում այն փոխարինվեց սիլիցիումով, որն ավելի գրավիչ հատկություններ ունի:
Ի՞նչ է օգտագործվում հիմա?
Այսպիսով մենք գիտենք, որ շատ մեծ ինտեգրալային սխեման այդպես է կոչվում, քանի որ այն պարունակում է բազմաթիվ բաղադրիչներ: Ի՞նչ տեխնոլոգիաներ են ներկայումս օգտագործվում դրանք ստեղծելու համար: Ամենից հաճախ նրանք խոսում են խորը ենթամիկրոնային շրջանի մասին, որը հնարավորություն է տալիս բաղադրիչների արդյունավետ օգտագործմանը հասնել 0,25-0,5 մկմ, և նանոէլեկտրոնիկայի մասին, որտեղ տարրերը չափվում են նանոմետրերով: Ընդ որում, առաջինն աստիճանաբար դառնում է պատմություն, իսկ երկրորդում ավելի ու ավելի շատ բացահայտումներ են արվում։ Ահա ստեղծվող զարգացումների կարճ ցանկը՝
- Սիլիկոնային գերխոշոր շղթաներ: Նրանք ունեն բաղադրիչի նվազագույն չափսեր խորը ենթամիկրոնային շրջանում:
- Բարձր արագությամբ հետերյունակցման սարքեր և ինտեգրալային սխեմաներ: Դրանք կառուցված են սիլիցիումի, գերմանիումի, գալիումի արսենիդի, ինչպես նաև մի շարք այլ միացությունների հիման վրա։
- Նանոմաշտաբով սարքերի տեխնոլոգիա, որոնցից առանձին պետք է նշել նանոլիթոգրաֆիան։
Թեև այստեղ նշված են փոքր չափսերը, բայց պետք չէ սխալվել, թե որն է.վերջնական ծայրահեղ մեծ ինտեգրալ միացում: Դրա ընդհանուր չափերը կարող են տարբեր լինել սանտիմետրերով, իսկ որոշ հատուկ սարքերում նույնիսկ մետրերով: Միկրոմետրերը և նանոմետրերը միայն առանձին տարրերի (օրինակ՝ տրանզիստորների) չափն են, և դրանց թիվը կարող է լինել միլիարդավոր:
Չնայած նման թվին, կարող է լինել, որ ծայրահեղ լայնածավալ ինտեգրալ սխեման կշռում է մի քանի հարյուր գրամ: Չնայած հնարավոր է, որ այն այնքան ծանր լինի, որ նույնիսկ մեծահասակն ինքնուրույն չկարողանա այն բարձրացնել։
Ինչպե՞ս են դրանք ստեղծվում:
Եկեք դիտարկենք ժամանակակից տեխնոլոգիաները: Այսպիսով, ծայրահեղ մաքուր կիսահաղորդչային միաբյուրեղային նյութեր, ինչպես նաև տեխնոլոգիական ռեակտիվներ (ներառյալ հեղուկներ և գազեր) ստեղծելու համար ձեզ անհրաժեշտ է՝
- Ապահովեք գերմաքուր աշխատանքային պայմաններ վաֆլի մշակման և տեղափոխման տարածքում։
- Զարգացնել տեխնոլոգիական գործողություններ և ստեղծել սարքավորումների մի շարք, որտեղ կլինի ավտոմատացված գործընթացի վերահսկում: Սա անհրաժեշտ է մշակման հստակ որակը և աղտոտվածության ցածր մակարդակն ապահովելու համար: Թեև չպետք է մոռանալ ստեղծված էլեկտրոնային բաղադրիչների բարձր կատարողականության և հուսալիության մասին։
Արդյո՞ք կատակ է, երբ ստեղծվում են տարրեր, որոնց չափը հաշվարկվում է նանոմետրերով: Ավաղ, անհնար է, որ մարդը կատարի ֆենոմենալ ճշգրտություն պահանջող գործողություններ։
Իսկ ի՞նչ կասեք հայրենական արտադրողների մասին:
ԻնչուԱրդյո՞ք գերխոշոր ինտեգրված սխեման սերտորեն կապված է արտաքին զարգացումների հետ: Անցյալ դարի 50-ականների սկզբին ԽՍՀՄ-ը զբաղեցրեց երկրորդ տեղը էլեկտրոնիկայի զարգացման մեջ։ Սակայն այժմ հայրենական արտադրողների համար չափազանց դժվար է մրցակցել արտասահմանյան ընկերությունների հետ։ Այնուամենայնիվ, ամեն ինչ վատ չէ:
Այսպիսով, բարդ գիտատար արտադրանքի ստեղծման հետ կապված, կարելի է վստահորեն ասել, որ Ռուսաստանի Դաշնությունն այժմ ունի պայմաններ, կադրեր և գիտական ներուժ։ Կան բավականին քիչ ձեռնարկություններ և հաստատություններ, որոնք կարող են մշակել տարբեր էլեկտրոնային սարքեր։ Ճիշտ է, այս ամենը կա բավականին սահմանափակ ծավալով։
Այնպես որ, հաճախ է պատահում, երբ մշակման համար օգտագործվում են բարձր տեխնոլոգիական «հումք», ինչպիսիք են VLSI հիշողությունը, միկրոպրոցեսորները և կարգավորիչները, որոնք արտադրվել են արտասահմանում: Բայց միևնույն ժամանակ ազդանշանի մշակման և հաշվարկների որոշ խնդիրներ լուծվում են ծրագրային։
Չնայած չպետք է ենթադրել, որ մենք կարող ենք բացառապես սարքավորումներ գնել և հավաքել տարբեր բաղադրիչներից։ Կան նաև պրոցեսորների, կարգավորիչների, ծայրահեղ լայնածավալ ինտեգրալ սխեմաների և այլ մշակումների ներքին տարբերակներ: Բայց, ավաղ, դրանք արդյունավետությամբ չեն կարող մրցել աշխարհի առաջատարների հետ, ինչը դժվարացնում է դրանց կոմերցիոն իրականացումը։ Բայց դրանք օգտագործելը կենցաղային համակարգերում, որտեղ ձեզ մեծ էներգիա պետք չէ կամ պետք է հոգ տանել հուսալիության մասին, միանգամայն հնարավոր է:
PLC ծրագրավորվող տրամաբանության համար
Սա զարգացման առանձին հատկացված խոստումնալից տեսակ է: Նրանք մրցակցությունից դուրս են այն ոլորտներում, որտեղ դուք պետք է ստեղծագործեքբարձր արդյունավետությամբ մասնագիտացված սարքեր, որոնք կենտրոնացած են ապարատային ներդրման վրա: Դրա շնորհիվ լուծվում է մշակման գործընթացի զուգահեռացման խնդիրը, և կատարումը տասնապատկվում է (համեմատած ծրագրային լուծումների հետ):
Ըստ էության, այս ծայրահեղ լայնածավալ ինտեգրալ սխեմաներն ունեն բազմակողմանի, կարգավորելի ֆունկցիայի փոխարկիչներ, որոնք թույլ են տալիս օգտվողներին հարմարեցնել իրենց միջև կապերը: Եվ այդ ամենը մեկ բյուրեղի վրա է: Արդյունքը շինարարության ավելի կարճ ցիկլն է, փոքրածավալ արտադրության տնտեսական օգուտը և դիզայնի ցանկացած փուլում փոփոխություններ կատարելու հնարավորությունը:
Ծրագրավորվող տրամաբանական ծայրահեղ խոշոր ինտեգրալ սխեմաների մշակումը տևում է մի քանի ամիս: Դրանից հետո դրանք կազմաձևվում են հնարավորինս կարճ ժամանակում, և այս ամենը ծախսերի նվազագույն մակարդակում է: Կան տարբեր արտադրողներ, ճարտարապետություն և իրենց ստեղծած արտադրանքի հնարավորությունները, ինչը մեծապես մեծացնում է առաջադրանքները կատարելու ունակությունը:
Ինչպե՞ս են դրանք դասակարգվում:
Սովորաբար օգտագործվում է դրա համար՝
- Տրամաբանական կարողություն (ինտեգրման աստիճան).
- Ներքին կառուցվածքի կազմակերպում.
- Օգտագործված ծրագրավորվող տարրի տեսակը։
- Ֆունկցիայի փոխարկիչի ճարտարապետություն:
- Ներքին RAM-ի առկայություն/բացակայություն:
Յուրաքանչյուր ապրանք արժանի է ուշադրության: Բայց ավաղ, հոդվածի չափը սահմանափակ է, ուստի մենք կդիտարկենք միայն ամենակարևոր բաղադրիչը։
Ինչ էտրամաբանական կարողությո՞ւն:
Սա ամենակարևոր հատկանիշն է շատ մեծ մասշտաբի ինտեգրալ սխեմաների համար: Դրանցում տրանզիստորների թիվը կարող է լինել միլիարդավոր: Բայց միևնույն ժամանակ դրանց չափը հավասար է միկրոմետրի խղճուկ մասի։ Բայց կառուցվածքների ավելորդության պատճառով տրամաբանական հզորությունը չափվում է սարքի ներդրման համար անհրաժեշտ դարպասների քանակով:
Դրանք նշանակելու համար օգտագործվում են հարյուր հազարավոր և միլիոնավոր միավորների ցուցիչներ: Որքան բարձր է տրամաբանական հզորության արժեքը, այնքան ավելի շատ հնարավորություններ կարող է առաջարկել մեզ ծայրահեղ լայնածավալ ինտեգրված սխեման:
հետապնդվող նպատակների մասին
VLSI-ն ի սկզբանե ստեղծվել է հինգերորդ սերնդի մեքենաների համար: Իրենց արտադրության մեջ նրանք առաջնորդվել են հոսքային ճարտարապետությամբ և խելացի մարդ-մեքենա ինտերֆեյսի ներդրմամբ, որը ոչ միայն կտրամադրի խնդիրների համակարգված լուծում, այլև Մաշային հնարավորություն կտա տրամաբանորեն մտածել, ինքնուրույն սովորել և տրամաբանական նկարել: եզրակացություններ.
Ենթադրվում էր, որ հաղորդակցությունը կանցկացվի բնական լեզվով՝ օգտագործելով խոսքի ձև: Դե, այս կամ այն կերպ դա իրականացվեց։ Բայց, այնուամենայնիվ, այն դեռ հեռու է իդեալական ծայրահեղ մեծ ինտեգրալ սխեմաների լիարժեք անսխալ ստեղծումից: Բայց մենք՝ մարդկություն, վստահորեն առաջ ենք գնում։ VLSI դիզայնի ավտոմատացումը մեծ դեր է խաղում դրանում:
Ինչպես նախկինում նշվեց, սա պահանջում է շատ մարդկային և ժամանակային ռեսուրսներ: Ուստի գումար խնայելու համար լայնորեն կիրառվում է ավտոմատացումը։ Ի վերջո, երբ անհրաժեշտ է միլիարդների միջեւ կապեր հաստատելբաղադրիչներ, նույնիսկ մի քանի տասնյակ հոգանոց թիմը տարիներ կծախսի դրա վրա։ Մինչդեռ ավտոմատացումը կարող է դա անել մի քանի ժամվա ընթացքում, եթե ճիշտ ալգորիթմ դրվի:
Հետագա կրճատումը այժմ խնդրահարույց է թվում, քանի որ մենք արդեն մոտենում ենք տրանզիստորային տեխնոլոգիայի սահմանին: Արդեն ամենափոքր տրանզիստորները ընդամենը մի քանի տասնյակ նանոմետր են: Եթե դրանք կրճատենք մի քանի հարյուր անգամ, ապա մենք պարզապես կբախվենք ատոմի չափերին: Սա, անկասկած, լավ է, բայց ինչպե՞ս առաջ գնալ էլեկտրոնիկայի արդյունավետության բարձրացման առումով։ Դա անելու համար դուք պետք է գնաք նոր մակարդակի: Օրինակ՝ քվանտային համակարգիչներ ստեղծելու համար։
Եզրակացություն
Ծայրահեղ մասշտաբի ինտեգրալ սխեմաները զգալի ազդեցություն են ունեցել մարդկության զարգացման և մեր ունեցած հնարավորությունների վրա: Բայց հավանական է, որ դրանք շուտով կհնանան, և բոլորովին այլ բան կգա նրանց փոխարինելու։
Ի վերջո, ավաղ, մենք արդեն մոտենում ենք հնարավորությունների սահմանին, իսկ մարդկությունը սովոր չէ տեղում կանգնել։ Հետևաբար, հավանական է, որ գերխոշոր ինտեգրալային սխեմաները կարժանանան պատշաճ պատվի, որից հետո դրանք կփոխարինվեն ավելի առաջադեմ դիզայնով: Բայց առայժմ մենք բոլորս օգտագործում ենք VLSI-ն որպես գոյություն ունեցող ստեղծագործության գագաթնակետ:
