Teknolojia ya kompyuta inakua kwa kasi sana. Kuna miundo na maendeleo mapya ambayo lazima yatimize mahitaji yanayoongezeka kila mara. Moja ya mambo ya kuvutia zaidi ni mzunguko mkubwa sana uliounganishwa. Ni nini? Kwa nini ana jina kama hilo? Tunajua jinsi VLSI inasimama, lakini inaonekanaje katika mazoezi? Zinatumika wapi?
Historia ya Maendeleo
Mapema miaka ya sitini, miduara ya kwanza ya semicondukta ilionekana. Tangu wakati huo, microelectronics imetoka kwa muda mrefu kutoka kwa vipengele rahisi vya mantiki hadi vifaa vya ngumu zaidi vya digital. Kompyuta za kisasa changamano na zenye kazi nyingi zinaweza kufanya kazi kwa kioo kimoja cha semiconductor, eneo ambalo ni sentimita moja ya mraba.
Ilipaswa kuwa nazo kwa namna fulanikuainisha na kutofautisha. Mzunguko mkubwa sana uliounganishwa (VLSI) unaitwa hivyo kwa sababu kulikuwa na haja ya kuteua microcircuit, ambayo kiwango cha ushirikiano kilizidi vipengele 104 kwa kila chip. Ilifanyika mwishoni mwa miaka ya sabini. Ndani ya miaka michache, ilidhihirika kuwa huu ndio ulikuwa mwelekeo wa jumla wa vifaa vya kielektroniki.
Kwa hivyo, sakiti kubwa sana iliyounganishwa imepewa jina kwa sababu ilikuwa ni lazima kuainisha mafanikio yote katika eneo hili. Hapo awali, vifaa vya kielektroniki vidogo viliundwa kwa utendakazi wa kusanyiko na vilihusika katika utekelezaji wa majukumu changamano kwa kuchanganya vipengele vingi katika kitu kimoja.
Alafu nini?
Hapo awali, sehemu kubwa ya ongezeko la gharama ya bidhaa za viwandani ilikuwa katika mchakato wa kuunganisha. Hatua kuu ambazo kila bidhaa ilipaswa kupitia ni muundo, utekelezaji na uthibitishaji wa uhusiano kati ya vipengele. Vipengele vya kukokotoa, pamoja na vipimo vya vifaa ambavyo vimetekelezwa kwa vitendo, vinadhibitiwa pekee na idadi ya vipengee vilivyotumika, kuaminika kwake na vipimo vyake vya kimwili.
Kwa hivyo wakisema kwamba saketi fulani kubwa sana iliyounganishwa ina uzito wa zaidi ya kilo 10, inawezekana kabisa. Swali pekee ni busara ya kutumia safu kubwa kama hii ya vijenzi.
Maendeleo
Ningependa kupiga hatua moja ndogo zaidi. Kwa kihistoria, nyaya zilizounganishwa zimevutiwa na ukubwa wao mdogo na uzito. Ingawa hatua kwa hatua, pamoja na maendeleo, kulikuwa na fursa za karibu zaidiuwekaji wa vipengele. Na si tu. Hii inapaswa kueleweka sio tu kama uwekaji wa kompakt, lakini pia kama uboreshaji wa viashiria vya ergonomic, ongezeko la utendaji na kiwango cha kuegemea kwa uendeshaji.
Tahadhari maalum inapaswa kulipwa kwa viashirio vya nyenzo na nishati, ambavyo hutegemea moja kwa moja eneo la fuwele inayotumika kwa kila kipengele. Hii kwa kiasi kikubwa ilitegemea dutu iliyotumiwa. Hapo awali, germanium ilitumiwa kwa bidhaa za semiconductor. Lakini baada ya muda, ilibadilishwa na silikoni, ambayo ina sifa za kuvutia zaidi.
Ni nini kinatumika sasa?
Kwa hivyo tunajua kuwa saketi kubwa iliyounganishwa imepewa jina kwa sababu ina viambajengo vingi. Ni teknolojia gani zinazotumiwa kuziunda kwa sasa? Mara nyingi huzungumza juu ya eneo la kina la submicron, ambayo inafanya uwezekano wa kufikia utumiaji mzuri wa vifaa katika mikroni 0.25-0.5, na nanoelectronics, ambapo vitu hupimwa kwa nanometers. Aidha, ya kwanza hatua kwa hatua inakuwa historia, na katika pili uvumbuzi zaidi na zaidi hufanywa. Hapa kuna orodha fupi ya maendeleo ambayo yanaundwa:
- Mizunguko mikubwa ya silicon. Zina ukubwa wa chini wa vijenzi katika eneo la kina kidogo kidogo.
- Vifaa vya kuunganisha kasi ya juu na saketi zilizounganishwa. Zimeundwa kwa msingi wa silicon, germanium, gallium arsenide, pamoja na idadi ya misombo mingine.
- Teknolojia ya vifaa vya nanoscale, ambavyo nanolithography inapaswa kutajwa tofauti.
Ingawa saizi ndogo zimeonyeshwa hapa, lakini hakuna haja ya kukosea kuhusu ni ipimwisho Ultra-kubwa jumuishi mzunguko. Vipimo vyake vya jumla vinaweza kutofautiana kwa sentimita, na katika vifaa vingine maalum hata mita. Vipimo vidogo na nanomita ni saizi ya vipengee maalum (kama vile transistors), na idadi yao inaweza kuwa mabilioni!
Licha ya idadi kama hii, inaweza kuwa saketi iliyounganishwa ya kiwango kikubwa zaidi ina uzito wa gramu mia kadhaa. Ingawa yawezekana itakuwa nzito kiasi kwamba hata mtu mzima hawezi kuinyanyua mwenyewe.
Zimeundwaje?
Hebu tuzingatie teknolojia ya kisasa. Kwa hivyo, ili kuunda nyenzo za fuwele za semiconductor moja, pamoja na vitendanishi vya kiteknolojia (pamoja na vimiminiko na gesi), unahitaji:
- Hakikisha hali safi kabisa ya kufanya kazi katika eneo la usindikaji na usafirishaji wa kaki.
- Tengeneza shughuli za kiteknolojia na uunde seti ya vifaa, ambapo kutakuwa na udhibiti wa mchakato otomatiki. Hii ni muhimu ili kuhakikisha ubora maalum wa usindikaji na viwango vya chini vya uchafuzi. Ingawa hatupaswi kusahau kuhusu utendakazi wa juu na kutegemewa kwa vipengele vya kielektroniki vilivyoundwa.
Je, ni mzaha vipengele vinapoundwa, ambavyo ukubwa wake huhesabiwa katika nanomita? Ole, haiwezekani kwa mtu kufanya shughuli zinazohitaji usahihi wa ajabu.
Vipi kuhusu wazalishaji wa ndani?
KwaniniJe, sakiti kubwa iliyounganishwa inahusishwa sana na maendeleo ya kigeni? Katika miaka ya 50 ya karne iliyopita, USSR ilichukua nafasi ya pili katika maendeleo ya umeme. Lakini sasa ni vigumu sana kwa wazalishaji wa ndani kushindana na makampuni ya kigeni. Sio mbaya hata hivyo.
Kwa hivyo, kuhusu uundaji wa bidhaa ngumu zinazohitaji sayansi, tunaweza kusema kwa ujasiri kwamba Shirikisho la Urusi sasa lina masharti, wafanyikazi, na uwezo wa kisayansi. Kuna makampuni na taasisi chache ambazo zinaweza kuendeleza vifaa mbalimbali vya elektroniki. Ni kweli, haya yote yanapatikana kwa ujazo mdogo.
Kwa hivyo, mara nyingi ndivyo hali ya "malighafi" ya hali ya juu inatumiwa kwa uundaji, kama vile kumbukumbu ya VLSI, vichakataji vidogo na vidhibiti ambavyo vilitengenezwa nje ya nchi. Lakini wakati huo huo, matatizo fulani ya uchakataji wa mawimbi na ukokotoaji hutatuliwa kwa utaratibu.
Ingawa hatupaswi kudhaniwa kuwa tunaweza kununua na kuunganisha vifaa kutoka kwa vipengele mbalimbali pekee. Pia kuna matoleo ya ndani ya wasindikaji, vidhibiti, nyaya za kuunganishwa kwa kiwango kikubwa na maendeleo mengine. Lakini, ole, hawawezi kushindana na viongozi wa dunia katika suala la ufanisi wao, ambayo inafanya utekelezaji wao wa kibiashara kuwa mgumu. Lakini kuzitumia katika mifumo ya nyumbani ambapo hauitaji nguvu nyingi au unahitaji kutunza kuegemea inawezekana kabisa.
PLCs za mantiki inayoweza kuratibiwa
Hii ni aina iliyotengwa ya kuahidi ya maendeleo. Wao ni nje ya ushindani katika maeneo hayo ambapo unahitaji kuundavifaa vya utendakazi wa hali ya juu vilivyolenga utekelezaji wa maunzi. Shukrani kwa hili, kazi ya kusawazisha mchakato wa uchakataji hutatuliwa na utendakazi huongezeka mara kumi (ikilinganishwa na suluhu za programu).
Kimsingi, saketi hizi za kiwango kikubwa zaidi zilizounganishwa zina vigeuzi vingi vya utendakazi vinavyoweza kusanidiwa ambavyo huruhusu watumiaji kubinafsisha miunganisho kati yao. Na yote ni kwenye kioo kimoja. Matokeo yake ni mzunguko mfupi wa ujenzi, faida ya kiuchumi kwa uzalishaji mdogo, na uwezo wa kufanya mabadiliko katika hatua yoyote ya muundo.
Utengenezaji wa saketi zilizounganishwa za mantiki zinazoweza kuratibiwa huchukua miezi kadhaa. Baada ya hayo, zimeundwa kwa muda mfupi iwezekanavyo - na hii yote ni kwa kiwango cha chini cha gharama. Kuna watengenezaji tofauti, usanifu na uwezo wa bidhaa wanazounda, ambayo huongeza sana uwezo wa kukamilisha kazi.
Zimeainishwaje?
Kawaida hutumika kwa hili:
- Uwezo wa kimantiki (kiwango cha muunganisho).
- Mpangilio wa muundo wa ndani.
- Aina ya kipengee kinachoweza kuratibiwa kilichotumika.
- Usanifu wa kigeuzi cha kazi.
- Kuwepo/kutokuwepo kwa RAM ya ndani.
Kila kipengee kinastahili kuzingatiwa. Lakini ole, ukubwa wa makala ni mdogo, kwa hivyo tutazingatia tu sehemu muhimu zaidi.
Niniuwezo wa kimantiki?
Hiki ndicho kipengele muhimu zaidi kwa saketi kubwa sana zilizounganishwa. Idadi ya transistors ndani yao inaweza kuwa katika mabilioni. Lakini wakati huo huo, ukubwa wao ni sawa na sehemu mbaya ya micrometer. Lakini kutokana na upungufu wa miundo, uwezo wa kimantiki hupimwa kwa idadi ya milango inayohitajika kutekeleza kifaa.
Ili kuziteua, viashirio vya mamia ya maelfu na mamilioni ya vizio hutumika. Kadiri thamani ya uwezo wa kimantiki inavyoongezeka, ndivyo fursa nyingi zaidi za saketi iliyounganishwa ya kiwango kikubwa zaidi inavyoweza kutupa.
Kuhusu malengo yaliyofuatwa
VLSI iliundwa awali kwa ajili ya mashine za kizazi cha tano. Katika utengenezaji wao, waliongozwa na usanifu wa utiririshaji na utekelezaji wa kiolesura cha busara cha mashine ya binadamu, ambayo sio tu itatoa suluhisho la kimfumo kwa shida, lakini pia itampa Masha fursa ya kufikiria kimantiki, kujisomea na kuchora mantiki. hitimisho.
Ilichukuliwa kuwa mawasiliano yangefanywa kwa lugha asilia kwa kutumia umbo la usemi. Naam, kwa njia moja au nyingine ilitekelezwa. Lakini bado, bado iko mbali na uundaji kamili usio na shida wa mizunguko bora iliyojumuishwa ya Ultra-kubwa. Lakini sisi wanadamu tunasonga mbele kwa ujasiri. Usanifu otomatiki wa VLSI una jukumu kubwa katika hili.
Kama ilivyotajwa awali, hii inahitaji rasilimali watu na wakati mwingi. Kwa hiyo, ili kuokoa pesa, automatisering hutumiwa sana. Baada ya yote, wakati ni muhimu kuanzisha uhusiano kati ya mabilionivipengele, hata timu ya watu kadhaa itatumia miaka juu yake. Ingawa otomatiki inaweza kufanya hivi baada ya saa chache, ikiwa kanuni sahihi itawekwa.
Kupunguza zaidi kunaonekana kuwa tatizo sasa, kwani tayari tunakaribia kikomo cha teknolojia ya transistor. Tayari, transistors ndogo zaidi ni makumi machache tu ya nanometers kwa ukubwa. Ikiwa tutazipunguza kwa mara mia kadhaa, basi tutaingia tu kwenye vipimo vya atomi. Bila shaka, hii ni nzuri, lakini jinsi ya kuendelea mbele katika suala la kuongeza ufanisi wa umeme? Ili kufanya hivyo, lazima uende kwa kiwango kipya. Kwa mfano, kuunda kompyuta za quantum.
Hitimisho
Saketi zilizounganishwa kwa kiwango kikubwa zimekuwa na athari kubwa katika maendeleo ya binadamu na uwezekano tulionao. Lakini kuna uwezekano kwamba hivi karibuni zitapitwa na wakati na kitu tofauti kabisa kitakuja kuzibadilisha.
Baada ya yote, ole, tayari tunakaribia kikomo cha uwezekano, na ubinadamu haujazoea kusimama tuli. Kwa hiyo, kuna uwezekano kwamba nyaya za ultra-kubwa zilizounganishwa zitapewa heshima zinazostahili, baada ya hapo zitabadilishwa na miundo ya juu zaidi. Lakini kwa sasa, sote tunatumia VLSI kama kilele cha uumbaji uliopo.
