A tecnologia de computadores está se desenvolvendo extremamente rápido. Existem novos layouts e desenvolvimentos que devem atender a requisitos cada vez maiores. Uma das coisas mais interessantes é o circuito integrado muito grande. O que é isso? Por que ela tem esse nome? Sabemos o que significa VLSI, mas como é na prática? Onde eles são usados?
Histórico de desenvolvimento
No início dos anos sessenta, surgiram os primeiros microcircuitos semicondutores. Desde então, a microeletrônica percorreu um longo caminho desde simples elementos lógicos até os dispositivos digitais mais complexos. Computadores modernos complexos e multifuncionais podem operar em um único cristal semicondutor, cuja área é de um centímetro quadrado.
Deveria tê-los de alguma formaclassificar e distinguir. Circuito integrado muito grande (VLSI) é assim chamado porque houve a necessidade de designar um microcircuito, em que o grau de integração ultrapassasse 104 elementos por chip. Aconteceu no final dos anos setenta. Em poucos anos, ficou claro que essa era a direção geral da microeletrônica.
Então, o circuito integrado muito grande é assim chamado porque era necessário classificar todas as conquistas nessa área. Inicialmente, a microeletrônica foi construída em operações de montagem e estava envolvida na implementação de funções complexas combinando muitos elementos em uma coisa.
E depois?
Inicialmente, parte significativa do aumento do custo dos produtos manufaturados estava justamente no processo de montagem. As principais etapas pelas quais cada produto teve que passar são o projeto, implementação e verificação das conexões entre os componentes. As funções, bem como as dimensões dos dispositivos que foram implementados na prática, são limitadas apenas pelo número de componentes utilizados, sua confiabilidade e dimensões físicas.
Então, se eles dizem que algum circuito integrado muito grande pesa mais de 10 kg, é bem possível. A única questão é a racionalidade de usar um bloco tão grande de componentes.
Desenvolvimento
Gostaria de fazer mais uma pequena digressão. Historicamente, os circuitos integrados foram atraídos por seu pequeno tamanho e peso. Embora gradativamente, com o desenvolvimento, foram surgindo oportunidades de aproximação cada vez maiorcolocação de elementos. E não só. Isso deve ser entendido não apenas como um posicionamento compacto, mas também como uma melhoria nos indicadores ergonômicos, um aumento no desempenho e um nível de confiabilidade operacional.
Especial atenção deve ser dada aos indicadores de material e energia, que dependem diretamente da área do cristal utilizada por componente. Isso dependia em grande parte da substância utilizada. Inicialmente, o germânio foi usado para produtos semicondutores. Mas com o tempo, foi suplantado pelo silício, que tem características mais atrativas.
O que está sendo usado agora?
Sabemos que o circuito integrado muito grande tem esse nome porque contém muitos componentes. Quais tecnologias estão sendo usadas atualmente para criá-los? Na maioria das vezes, eles falam sobre a região submicrônica profunda, que possibilita o uso efetivo de componentes em 0,25-0,5 mícron, e nanoeletrônica, onde os elementos são medidos em nanômetros. Além disso, o primeiro gradualmente se torna história e, no segundo, mais e mais descobertas são feitas. Aqui está uma pequena lista de desenvolvimentos que estão sendo criados:
- Circuitos de silício ultragrandes. Eles têm tamanhos mínimos de componentes na região submicrônica profunda.
- Dispositivos de heterojunção de alta velocidade e circuitos integrados. Eles são construídos com base em silício, germânio, arseneto de gálio, bem como vários outros compostos.
- Tecnologia de dispositivos em nanoescala, dos quais a nanolitografia deve ser mencionada separadamente.
Embora tamanhos pequenos sejam indicados aqui, mas não há necessidade de se enganar sobre qual deles écircuito integrado ultra grande final. Suas dimensões gerais podem variar em centímetros e, em alguns dispositivos específicos, até metros. Micrômetros e nanômetros são apenas do tamanho de elementos individuais (como transistores), e seu número pode chegar a bilhões!
Apesar de tal número, pode ser que um circuito integrado de ultra grande escala pese várias centenas de gramas. Embora seja possível que seja tão pesado que mesmo um adulto não consiga levantá-lo sozinho.
Como eles são criados?
Vamos considerar a tecnologia moderna. Portanto, para criar materiais monocristais semicondutores ultrapuros, bem como reagentes tecnológicos (incluindo líquidos e gases), você precisa de:
- Garantir condições de trabalho ultralimpas na área de processamento e transporte de wafer.
- Desenvolver operações tecnológicas e criar um conjunto de equipamentos, onde haverá controle automatizado de processos. Isso é necessário para garantir a qualidade especificada de processamento e baixos níveis de contaminação. Embora não devamos esquecer o alto desempenho e confiabilidade dos componentes eletrônicos criados.
É uma piada quando os elementos são criados, cujo tamanho é calculado em nanômetros? Infelizmente, é impossível para uma pessoa realizar operações que exigem precisão fenomenal.
E os produtores nacionais?
Por queO circuito integrado ultragrande está fortemente associado a desenvolvimentos estrangeiros? No início dos anos 50 do século passado, a URSS ficou em segundo lugar no desenvolvimento da eletrônica. Mas agora é extremamente difícil para os produtores nacionais competir com empresas estrangeiras. Mas nem tudo é ruim.
Assim, em relação à criação de produtos complexos e intensivos em ciência, podemos dizer com segurança que a Federação Russa agora tem condições, pessoal e potencial científico. Existem algumas empresas e instituições que podem desenvolver vários dispositivos eletrônicos. É verdade que tudo isso existe em um volume bastante limitado.
Então, muitas vezes é o caso quando "matérias-primas" de alta tecnologia são usadas para desenvolvimento, como memória VLSI, microprocessadores e controladores que foram fabricados no exterior. Mas, ao mesmo tempo, certos problemas de processamento de sinais e cálculos são resolvidos programaticamente.
Embora não se deva presumir que podemos comprar e montar exclusivamente equipamentos de vários componentes. Existem também versões domésticas de processadores, controladores, circuitos integrados de ultra grande escala e outros desenvolvimentos. Mas, infelizmente, eles não podem competir com os líderes mundiais em termos de eficácia, o que dificulta sua implementação comercial. Mas usá-los em sistemas domésticos onde você não precisa de muita energia ou precisa cuidar da confiabilidade é bem possível.
PLCs para lógica programável
Este é um tipo de desenvolvimento promissor alocado separadamente. Eles estão fora de competição nas áreas em que você precisa criardispositivos especializados de alto desempenho focados na implementação de hardware. Graças a isso, a tarefa de paralelizar o processo de processamento é resolvida e o desempenho aumenta dez vezes (quando comparado com soluções de software).
Essencialmente, esses circuitos integrados de ultra grande escala possuem conversores de funções versáteis e configuráveis que permitem aos usuários personalizar as conexões entre eles. E está tudo em um cristal. O resultado é um ciclo de construção mais curto, um benefício econômico para a produção em pequena escala e a capacidade de fazer alterações em qualquer estágio do projeto.
O desenvolvimento de circuitos integrados ultragrandes de lógica programável leva vários meses. Depois disso, eles são configurados no menor tempo possível - e tudo isso com um nível mínimo de custos. Existem diferentes fabricantes, arquiteturas e recursos dos produtos que eles criam, o que aumenta muito a capacidade de concluir tarefas.
Como eles são classificados?
Normalmente usado para isso:
- Capacidade lógica (grau de integração).
- Organização da estrutura interna.
- Tipo de item programável usado.
- Arquitetura do conversor de funções.
- Presença/ausência de RAM interna.
Cada item merece atenção. Mas, infelizmente, o tamanho do artigo é limitado, então vamos considerar apenas o componente mais importante.
O que écapacidade lógica?
Esta é a característica mais importante para circuitos integrados de grande escala. O número de transistores neles pode estar na casa dos bilhões. Mas, ao mesmo tempo, seu tamanho é igual a uma fração miserável de um micrômetro. Mas devido à redundância das estruturas, a capacidade lógica é medida pelo número de portas necessárias para implementar o dispositivo.
Para designá-los, são utilizados indicadores de centenas de milhares e milhões de unidades. Quanto maior o valor da capacidade lógica, mais oportunidades um circuito integrado de grande escala pode nos oferecer.
Sobre os objetivos perseguidos
VLSI foi originalmente criado para máquinas de quinta geração. Em sua fabricação, eles foram guiados por uma arquitetura de streaming e a implementação de uma interface homem-máquina inteligente, que não apenas fornecerá uma solução sistemática para problemas, mas também proporcionará a Masha a oportunidade de pensar logicamente, auto-aprender e desenhar conclusões.
Supunha-se que a comunicação seria conduzida em linguagem natural usando uma forma de fala. Bem, de uma forma ou de outra, foi implementado. Mas ainda assim, ainda está longe da criação completa e sem problemas de circuitos integrados ultragrandes ideais. Mas nós, a humanidade, estamos avançando com confiança. A automação de projeto VLSI desempenha um grande papel nisso.
Como mencionado anteriormente, isso requer muitos recursos humanos e de tempo. Portanto, para economizar dinheiro, a automação é amplamente utilizada. Afinal, quando é necessário estabelecer conexões entre bilhõescomponentes, até mesmo uma equipe de várias dezenas de pessoas passará anos nele. Considerando que a automação pode fazer isso em questão de horas, se o algoritmo correto for definido.
Redução adicional parece problemática agora, pois já estamos nos aproximando do limite da tecnologia de transistores. Os menores transistores já têm apenas algumas dezenas de nanômetros de tamanho. Se os reduzirmos em várias centenas de vezes, simplesmente nos depararemos com as dimensões do átomo. Sem dúvida, isso é bom, mas como avançar em termos de aumentar a eficiência da eletrônica? Para fazer isso, você tem que ir para um novo nível. Por exemplo, para criar computadores quânticos.
Conclusão
Os circuitos integrados de ultra grande escala tiveram um impacto significativo no desenvolvimento da humanidade e nas possibilidades que temos. Mas é provável que logo se tornem obsoletos e algo completamente diferente venha para substituí-los.
Afinal, já estamos chegando ao limite das possibilidades, e a humanidade não está acostumada a ficar parada. Portanto, é provável que os circuitos integrados ultragrandes recebam as devidas homenagens, após o que serão substituídos por designs mais avançados. Mas, por enquanto, todos nós usamos VLSI como o auge da criação existente.
