კომპიუტერული ტექნოლოგია ძალიან სწრაფად ვითარდება. არის ახალი განლაგება და განვითარება, რომლებიც უნდა აკმაყოფილებდეს მუდმივად მზარდ მოთხოვნებს. ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო რამ არის ძალიან დიდი ინტეგრირებული წრე. რა არის ეს? რატომ აქვს მას ასეთი სახელი? ჩვენ ვიცით, რას ნიშნავს VLSI, მაგრამ როგორ გამოიყურება იგი პრაქტიკაში? სად გამოიყენება?
განვითარების ისტორია
სამოციანი წლების დასაწყისში გამოჩნდა პირველი ნახევარგამტარული მიკროსქემები. მას შემდეგ მიკროელექტრონიკამ გრძელი გზა გაიარა მარტივი ლოგიკური ელემენტებიდან ყველაზე რთულ ციფრულ მოწყობილობებამდე. თანამედროვე კომპლექსურ და მრავალფუნქციურ კომპიუტერებს შეუძლიათ იმუშაონ ერთ ნახევარგამტარულ ერთ კრისტალზე, რომლის ფართობია ერთი კვადრატული სანტიმეტრი.
უნდა ჰქონოდა ისინი როგორმეკლასიფიკაცია და გარჩევა. ძალიან დიდ ინტეგრირებულ წრეს (VLSI) ასე ეწოდა, რადგან საჭირო იყო მიკროსქემის დანიშვნა, რომელშიც ინტეგრაციის ხარისხი აღემატებოდა 104 ელემენტს თითო ჩიპზე. ეს მოხდა სამოცდაათიანი წლების ბოლოს. რამდენიმე წელიწადში გაირკვა, რომ ეს იყო მიკროელექტრონიკის ზოგადი მიმართულება.
ასე რომ, ძალიან დიდ ინტეგრირებულ წრეს ასე ეწოდა, რადგან საჭირო იყო ამ სფეროში ყველა მიღწევის კლასიფიკაცია. თავდაპირველად მიკროელექტრონიკა აგებული იყო შეკრების ოპერაციებზე და ეწეოდა რთული ფუნქციების განხორციელებას მრავალი ელემენტის ერთ რამეში გაერთიანებით.
და მერე რა?
თავდაპირველად წარმოებული პროდუქციის ღირებულების ზრდის მნიშვნელოვანი ნაწილი სწორედ აწყობის პროცესში იყო. ძირითადი ეტაპები, რომელიც თითოეულ პროდუქტს უნდა გაევლო, არის კომპონენტებს შორის კავშირების დიზაინი, განხორციელება და გადამოწმება. ფუნქციები, ისევე როგორც მოწყობილობების ზომები, რომლებიც დანერგილია პრაქტიკაში, შემოიფარგლება მხოლოდ გამოყენებული კომპონენტების რაოდენობით, მათი საიმედოობითა და ფიზიკური ზომებით.
ასე რომ, თუ ამბობენ, რომ ზოგიერთი ძალიან დიდი ინტეგრირებული წრე იწონის 10 კგ-ზე მეტს, ეს სავსებით შესაძლებელია. ერთადერთი საკითხია კომპონენტების ასეთი დიდი ბლოკის გამოყენების რაციონალურობა.
განვითარება
მინდა კიდევ ერთი პატარა გადახვევა გავაკეთო. ისტორიულად, ინტეგრირებულ სქემებს იზიდავდა მათი მცირე ზომა და წონა. მიუხედავად იმისა, რომ თანდათან, განვითარებასთან ერთად, გაჩნდა შესაძლებლობები კიდევ უფრო დაახლოებისთვისელემენტების განთავსება. და არა მარტო. ეს უნდა იქნას გაგებული არა მხოლოდ როგორც კომპაქტური განლაგება, არამედ როგორც ერგონომიული ინდიკატორების გაუმჯობესება, შესრულების ზრდა და ოპერაციული საიმედოობის დონე.
განსაკუთრებული ყურადღება უნდა მიექცეს მატერიალურ და ენერგეტიკულ ინდიკატორებს, რომლებიც პირდაპირ დამოკიდებულია თითო კომპონენტზე გამოყენებული კრისტალის ფართობზე. ეს დიდწილად დამოკიდებული იყო გამოყენებული ნივთიერებაზე. თავდაპირველად გერმანიუმი გამოიყენებოდა ნახევარგამტარული პროდუქტებისთვის. მაგრამ დროთა განმავლობაში მას სილიციუმი ჩაანაცვლა, რომელსაც უფრო მიმზიდველი მახასიათებლები აქვს.
რა გამოიყენება ახლა?
მაშ, ჩვენ ვიცით, რომ ძალიან დიდ ინტეგრირებულ წრეს ასე უწოდებენ, რადგან ის შეიცავს ბევრ კომპონენტს. რა ტექნოლოგიები გამოიყენება ამჟამად მათ შესაქმნელად? ყველაზე ხშირად ისინი საუბრობენ ღრმა სუბმიკრონულ რეგიონზე, რაც შესაძლებელს ხდის კომპონენტების ეფექტური გამოყენების მიღწევას 0,25-0,5 მიკრონი და ნანოელექტრონიკაზე, სადაც ელემენტები იზომება ნანომეტრებში. უფრო მეტიც, პირველი თანდათან ხდება ისტორია, მეორეში კი სულ უფრო მეტი აღმოჩენა ხდება. აქ არის შემუშავებული განვითარების მოკლე სია:
- ულტრა დიდი სილიკონის სქემები. მათ აქვთ კომპონენტების მინიმალური ზომები ღრმა სუბმიკრონის რეგიონში.
- მაღალსიჩქარიანი ჰეტეროშეერთების მოწყობილობები და ინტეგრირებული სქემები. ისინი აგებულია სილიციუმის, გერმანიუმის, გალიუმის არსენიდის, ისევე როგორც სხვა რიგი ნაერთების ბაზაზე.
- ნანომასშტაბიანი მოწყობილობების ტექნოლოგია, რომელთაგან ცალკე უნდა აღინიშნოს ნანოლითოგრაფია.
მიუხედავად იმისა, რომ აქ მითითებულია მცირე ზომები, მაგრამ არ არის საჭირო შეცდომა იმაზე, თუ რომელიასაბოლოო ულტრა დიდი ინტეგრირებული წრე. მისი საერთო ზომები შეიძლება განსხვავდებოდეს სანტიმეტრებში, ზოგიერთ კონკრეტულ მოწყობილობაში კი მეტრში. მიკრომეტრები და ნანომეტრები მხოლოდ ცალკეული ელემენტების (როგორიცაა ტრანზისტორების) ზომაა და მათი რიცხვი შეიძლება იყოს მილიარდებში!
მიუხედავად ასეთი რიცხვისა, შესაძლოა, ულტრამასშტაბიანი ინტეგრირებული წრე იწონის რამდენიმე ასეულ გრამს. თუმცა შესაძლებელია, ის იმდენად მძიმე იყოს, რომ ზრდასრულმა ადამიანმაც კი ვერ ასწიოს თავისით.
როგორ იქმნება ისინი?
მოდით განვიხილოთ თანამედროვე ტექნოლოგიები. ასე რომ, ულტრასუფთა ნახევარგამტარული ერთკრისტალური მასალების, ასევე ტექნოლოგიური რეაგენტების (მათ შორის სითხეებისა და გაზების) შესაქმნელად საჭიროა:
- უზრუნველყავით ულტრასუფთა სამუშაო პირობები ვაფლის დამუშავებისა და ტრანსპორტირების ზონაში.
- შეიმუშავეთ ტექნოლოგიური ოპერაციები და შექმენით აღჭურვილობის ნაკრები, სადაც იქნება პროცესის ავტომატური კონტროლი. ეს აუცილებელია დამუშავების განსაზღვრული ხარისხისა და დაბინძურების დაბალი დონის უზრუნველსაყოფად. თუმცა არ უნდა დავივიწყოთ შექმნილი ელექტრონული კომპონენტების მაღალი შესრულება და საიმედოობა.
ეს ხუმრობაა, როცა იქმნება ელემენტები, რომელთა ზომა ნანომეტრებში გამოითვლება? სამწუხაროდ, შეუძლებელია ადამიანმა შეასრულოს ისეთი ოპერაციები, რომლებიც ფენომენალურ სიზუსტეს მოითხოვს.
რაც შეეხება ადგილობრივ მწარმოებლებს?
რატომარის თუ არა ულტრა დიდი ინტეგრირებული მიკროსქემა მტკიცედ დაკავშირებული უცხოურ მოვლენებთან? გასული საუკუნის 50-იანი წლების დასაწყისში სსრკ-მ მეორე ადგილი დაიკავა ელექტრონიკის განვითარებაში. მაგრამ ახლა ძალიან რთულია შიდა მწარმოებლებისთვის კონკურენცია უცხოურ კომპანიებთან. თუმცა ყველაფერი ცუდი არ არის.
ამგვარად, რთული მეცნიერების ინტენსიური პროდუქტების შექმნასთან დაკავშირებით, თამამად შეგვიძლია ვთქვათ, რომ რუსეთის ფედერაციას ახლა აქვს პირობები, პერსონალი და სამეცნიერო პოტენციალი. საკმაოდ ბევრი საწარმო და დაწესებულებაა, რომლებსაც შეუძლიათ სხვადასხვა ელექტრონული მოწყობილობების განვითარება. მართალია, ეს ყველაფერი საკმაოდ შეზღუდული მოცულობით არსებობს.
ასე რომ, ხშირია შემთხვევა, როდესაც განვითარებისთვის გამოიყენება მაღალტექნოლოგიური "ნედლეული", როგორიცაა VLSI მეხსიერება, მიკროპროცესორები და კონტროლერები, რომლებიც წარმოებული იყო საზღვარგარეთ. მაგრამ ამავდროულად, სიგნალის დამუშავებისა და გამოთვლების გარკვეული პრობლემები მოგვარებულია პროგრამულად.
მიუხედავად იმისა, რომ არ უნდა ვივარაუდოთ, რომ ჩვენ შეგვიძლია ექსკლუზიურად შევიძინოთ და დავამონტაჟოთ აღჭურვილობა სხვადასხვა კომპონენტისგან. ასევე არსებობს პროცესორების, კონტროლერების, ულტრა ფართომასშტაბიანი ინტეგრირებული სქემების და სხვა განვითარების ვერსიები. მაგრამ, სამწუხაროდ, მათ არ შეუძლიათ კონკურენცია გაუწიონ მსოფლიოს ლიდერებს მათი ეფექტურობით, რაც ართულებს მათ კომერციულ განხორციელებას. მაგრამ მათი გამოყენება საყოფაცხოვრებო სისტემებში, სადაც არ გჭირდებათ დიდი ენერგია ან უნდა იზრუნოთ საიმედოობაზე, სავსებით შესაძლებელია.
PLC პროგრამირებადი ლოგიკისთვის
ეს არის ცალკე გამოყოფილი განვითარების პერსპექტიული ტიპი. ისინი კონკურენციის გარეშე არიან იმ სფეროებში, სადაც თქვენ უნდა შექმნათმაღალი ხარისხის სპეციალიზებული მოწყობილობები, რომლებიც ორიენტირებულია ტექნიკის დანერგვაზე. ამის წყალობით, დამუშავების პროცესის პარალელიზების ამოცანა მოგვარებულია და შესრულება ათჯერ იზრდება (პროგრამულ გადაწყვეტილებებთან შედარებით).
არსებითად, ამ ულტრადიდი მასშტაბის ინტეგრირებულ სქემებს აქვთ მრავალმხრივი, კონფიგურირებადი ფუნქციის გადამყვანები, რომლებიც მომხმარებლებს საშუალებას აძლევს დააკონფიგურირონ მათ შორის კავშირები. და ეს ყველაფერი ერთ კრისტალზეა. შედეგი არის მშენებლობის ხანმოკლე ციკლი, ეკონომიკური სარგებელი მცირე ზომის წარმოებისთვის და დიზაინის ნებისმიერ ეტაპზე ცვლილებების შეტანის შესაძლებლობა.
პროგრამირებადი ლოგიკური ულტრა დიდი ინტეგრირებული სქემების განვითარებას რამდენიმე თვე სჭირდება. ამის შემდეგ, მათი კონფიგურაცია ხდება უმოკლეს დროში - და ეს ყველაფერი ხარჯების მინიმალურ დონეზეა. არსებობს სხვადასხვა მწარმოებლები, არქიტექტურა და მათ მიერ შექმნილი პროდუქტების შესაძლებლობები, რაც მნიშვნელოვნად ზრდის ამოცანების შესრულების უნარს.
როგორ არის ისინი კლასიფიცირებული?
ჩვეულებრივ გამოიყენება ამისათვის:
- ლოგიკური ტევადობა (ინტეგრაციის ხარისხი).
- შიდა სტრუქტურის ორგანიზაცია.
- გამოყენებული პროგრამირებადი ელემენტის ტიპი.
- ფუნქციის გადამყვანის არქიტექტურა.
- შიდა RAM-ის არსებობა/არარსებობა.
თითოეული ნივთი იმსახურებს ყურადღებას. მაგრამ სამწუხაროდ, სტატიის ზომა შეზღუდულია, ამიტომ განვიხილავთ მხოლოდ ყველაზე მნიშვნელოვან კომპონენტს.
რა არისლოგიკური ტევადობა?
ეს არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ფუნქცია ძალიან დიდი მასშტაბის ინტეგრირებული სქემებისთვის. მათში ტრანზისტორების რაოდენობა შეიძლება იყოს მილიარდი. მაგრამ ამავე დროს, მათი ზომა უდრის მიკრომეტრის სავალალო ნაწილს. მაგრამ სტრუქტურების სიჭარბის გამო, ლოგიკური სიმძლავრე იზომება იმ კარიბჭეების რაოდენობაში, რომლებიც საჭიროა მოწყობილობის დასანერგად.
მათ აღსანიშნავად გამოიყენება ასობით ათასი და მილიონობით ერთეულის ინდიკატორები. რაც უფრო მაღალია ლოგიკური სიმძლავრის მნიშვნელობა, მით მეტ შესაძლებლობებს შემოგვთავაზებს ულტრამასშტაბიანი ინტეგრირებული წრე.
მისწრაფებული მიზნების შესახებ
VLSI თავდაპირველად შეიქმნა მეხუთე თაობის მანქანებისთვის. მათი წარმოებისას ისინი ხელმძღვანელობდნენ ნაკადის არქიტექტურით და ინტელექტუალური ადამიანი-მანქანის ინტერფეისის განხორციელებით, რომელიც არა მხოლოდ უზრუნველყოფს პრობლემების სისტემატიურ გადაწყვეტას, არამედ მაშას აძლევს ლოგიკურად აზროვნების, თვითსწავლისა და ლოგიკური ხატვის შესაძლებლობას. დასკვნები.
ვარაუდობდნენ, რომ კომუნიკაცია წარიმართებოდა ბუნებრივ ენაზე მეტყველების ფორმის გამოყენებით. ისე, ასე თუ ისე განხორციელდა. მაგრამ მაინც, ის ჯერ კიდევ შორს არის იდეალური ულტრა დიდი ინტეგრირებული სქემების სრულფასოვანი უპრობლემო შექმნისგან. მაგრამ ჩვენ, კაცობრიობა, თავდაჯერებულად მივდივართ წინ. VLSI დიზაინის ავტომატიზაცია ამაში დიდ როლს თამაშობს.
როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ეს მოითხოვს უამრავ ადამიანურ და დროს რესურსს. ამიტომ, ფულის დაზოგვის მიზნით, ავტომატიზაცია ფართოდ გამოიყენება. ბოლოს და ბოლოს, როცა საჭიროა მილიარდებს შორის კავშირების დამყარებაკომპონენტები, რამდენიმე ათეული ადამიანის გუნდიც კი დახარჯავს მასზე წლებს. მაშინ როცა ავტომატიზაციას შეუძლია ამის გაკეთება რამდენიმე საათში, თუ სწორი ალგორითმია დაყენებული.
შემდგომი შემცირება ახლა პრობლემურია, რადგან ჩვენ უკვე ვუახლოვდებით ტრანზისტორი ტექნოლოგიის ზღვარს. უკვე ყველაზე პატარა ტრანზისტორების ზომა მხოლოდ რამდენიმე ათეული ნანომეტრია. თუ მათ რამდენიმე ასეულჯერ შევამცირებთ, მაშინ უბრალოდ გადავავლებთ ატომის ზომებს. უდავოდ, ეს კარგია, მაგრამ როგორ მივიდეთ წინ ელექტრონიკის ეფექტურობის გაზრდის კუთხით? ამისათვის თქვენ უნდა გადახვიდეთ ახალ დონეზე. მაგალითად, კვანტური კომპიუტერების შესაქმნელად.
დასკვნა
ულტრამასშტაბიანმა ინტეგრირებულმა სქემებმა მნიშვნელოვანი გავლენა მოახდინა კაცობრიობის განვითარებაზე და ჩვენს შესაძლებლობებზე. მაგრამ სავარაუდოა, რომ ისინი მალე მოძველდებიან და მათ ნაცვლად რაღაც სრულიად განსხვავებული მოვა.
ბოლოს და ბოლოს, სამწუხაროდ, ჩვენ უკვე ვუახლოვდებით შესაძლებლობების ზღვარს და კაცობრიობა არ არის მიჩვეული დგომას. ამიტომ, სავარაუდოა, რომ ულტრადიდი ინტეგრირებული სქემები მიენიჭებათ სათანადო პატივისცემას, რის შემდეგაც ისინი შეიცვლება უფრო მოწინავე დიზაინით. მაგრამ ახლა ჩვენ ყველა ვიყენებთ VLSI-ს, როგორც არსებული შექმნის მწვერვალს.
