Войти
Очень крупномасштабная интеграция (СБИС ) - это процесс создания интегральная схема (IC) путем объединения миллионов МОП-транзисторов на одной микросхеме. СБИС началась в 1970-х годах, когда стали широко применяться микросхемы МОП-интегральных схем, что позволило разрабатывать сложные полупроводниковые и телекоммуникационные технологии. Микропроцессор и микросхемы памяти являются устройствами СБИС. До появления технологии СБИС у большинства ИС был ограниченный набор функций, которые они могли выполнять. Электронная схема может состоять из CPU, ROM, RAM и другой логической схемы. СБИС позволяет разработчикам ИС объединить все эти в одну микросхему.
Интегральная схема СБИС кристалл История транзистора восходит к 1920-м годам, когда несколько изобретателей попытались создать устройства, предназначенные для управления током в твердотельных диодах и преобразовать их в триоды. Успех пришел после Второй мировой войны, когда использование кристаллов кремния и германия в качестве детекторов радаров привело к усовершенствованию производства и теории. Ученые, работавшие над радаром, вернулись к разработке твердотельных устройств. С изобретением первого транзистора в Bell Labs в 1947 году область электроники сместилась с электронных ламп на твердотельные устройства.
. Руки инженеры-электрики 1950-х годов увидели возможности построения гораздо более совершенных схем. Однако по мере роста сложности схем возникали проблемы. Одна проблема заключалась в размере схемы. Такая сложная схема, как компьютер, зависела от скорости. Если компоненты были большими, соединяющие их провода должны быть длинными. Электрическим сигналам требуется время, чтобы пройти через цепь, что замедляет работу компьютера.
Изобретение интегральной схемы Джеком Килби и Робертом Нойсом решили эту проблему, сделав все компоненты и микросхему из одного блока (монолита) полупроводникового материала. Схемы можно было сделать меньше, а производственный процесс можно было автоматизировать. Это привело к идее интеграции всех компонентов на монокристаллической кремниевой пластине, которая привела к мелкомасштабной интеграции (SSI) в начале 1960-х, а затем к средней интеграции (MSI) в конце 1960-х.
Очень крупномасштабная интеграция стала возможной с широким внедрением МОП-транзистора, первоначально изобретенного Мохамедом М. Аталлой и Давон Кан в Bell Labs в 1959 году. Аталла впервые предложил концепцию интегральной схемы МОП в 1960 году, а затем Канг в 1961 году, оба отметив, что простота использования МОП-транзистора изготовление сделало его полезным для интегральных схем. General Microelectronics представила первую коммерческую МОП интегральную схему в 1964 году. В начале 1970-х годов, МОП-интегральная схема Технология позволила объединить более 10 000 транзисторов в одном кристалле. Это проложило путь для СБИС в 1970-х и 1980-х годах с десятками тысяч МОП-транзисторов на одном кристалле (позже сотни тысяч, затем миллионы, а теперь и миллиарды).
Первые полупроводниковые микросхемы содержали по два транзистора. Последующие достижения добавили больше транзисторов, и, как следствие, со временем было интегрировано больше отдельных функций или систем. Первые интегральные схемы содержали всего несколько устройств, возможно, целых десять диодов, транзисторов, резисторов и конденсаторов, что делало возможным для изготовления одного или нескольких логических вентилей на одном устройстве. Теперь, ретроспективно известная как маломасштабная интеграция (SSI), усовершенствования техники привели к появлению устройств с сотнями логических вентилей, известных как средней интеграции (MSI). Дальнейшие улучшения привели к крупномасштабной интеграции (LSI), то есть к системам, по крайней мере, с тысячей логических вентилей. Современные технологии далеко миновали этот рубеж, и современные микропроцессоры имеют миллионы вентилей и миллиарды отдельных транзисторов.
Когда-то была попытка назвать и откалибровать различные уровни крупномасштабной интеграции выше СБИС. Использовались такие термины, как сверхбольшая интеграция (ULSI). Но огромное количество вентилей и транзисторов, доступных в обычных устройствах, сделало такие тонкие различия спорными. Термины, предполагающие уровень интеграции выше СБИС, больше не используются широко.
В 2008 году стали коммерчески доступны процессоры с миллиардом транзисторов. Это стало более обычным явлением по мере того, как производство полупроводников развивалось по сравнению с текущим поколением процессов 65 нм. Текущие разработки, в отличие от самых ранних устройств, используют обширную автоматизацию проектирования и автоматизированный логический синтез для компоновки транзисторов, что позволяет повысить уровень сложности конечных логических функций.. Некоторые высокопроизводительные логические блоки, такие как ячейка SRAM (статическая память с произвольным доступом ), по-прежнему разрабатываются вручную для обеспечения максимальной эффективности.
Структурированная Разработка СБИС - это модульная методология, разработанная Карвером Мидом и Линн Конвей для экономии площади микрочипа за счет минимизации площади межкомпонентных сетей. Это достигается за счет повторяющегося расположения прямоугольных макроблоков, которые могут быть соединены между собой с помощью. Примером является разделение схемы сумматора на ряд ячеек с одинаковыми битовыми срезами. В сложных проектах такое структурирование может быть достигнуто за счет иерархического вложения.
Структурированная СБИС была популярна в начале 1980-х годов, но потеряла свою популярность позже из-за появления размещения и маршрутизации инструментов. большая область с помощью маршрутизации, что допустимо из-за выполнения закона Мура. При внедрении языка описания оборудования KARL в середине 1970-х годов ввел термин «структурированная СБИС-конструкция» (первоначально как «структурированная LSI-конструкция»), перекликаясь с Эдсгером Дейкстрой из структурированное программирование подход путем вложения процедур во избежание хаотической спагетти-структурированной программы
Поскольку микропроцессоры становятся более сложными из-за масштабирования технологии, разработчики микропроцессоров несколько проблем, которые заставляют их мыслить за пределами плоскости дизайна и смотреть в будущее на пост-кремний:
