La integración a gran escala ( VLSI ) es el proceso de creación de un circuito integrado (IC) mediante la combinación de miles de transistores en un solo chip. VLSI comenzó en la década de 1970 cuando se desarrollaron tecnologías complejas de semiconductores y comunicación. El microprocesador es un dispositivo VLSI. Antes de la introducción de la tecnología VLSI, la mayoría de los circuitos integrados tenían un conjunto limitado de funciones que podían realizar. Un circuito electrónico puede consistir en una CPU, ROM, RAM y otra lógica de pegamento. VLSI permite a los diseñadores de IC agregar todo esto en un chip.
Un troquel de circuito integrado VLSI
Editar historia
- ¿Cuáles fueron los impactos del colonialismo en la India?
- En el siglo XVII en Barbados, ¿cuánto tiempo sobrevivió el trabajador contratado por una plantación de azúcar irlandesa promedio, antes de caer muerto por exceso de trabajo?
- ¿Cómo serían los eventos históricos famosos como titulares de Cebolla?
- ¿Cómo se introdujo por primera vez el concepto de tiempo? ¿Cómo se les enseñó a las personas a medir el tiempo con los relojes, como se hace hoy? ¿Hay algún libro / película que pueda ayudarme a aprender más sobre esto?
- He escuchado de muchas personas que el propio Adolf Hitler era judío, ¿es cierto?
La historia del transistor data de mediados de la década de 1920 cuando varios inventores intentaron dispositivos que estaban destinados a controlar la corriente en diodos de estado sólido y convertirlos en triodos. El éxito llegó después de la Segunda Guerra Mundial, cuando el uso de cristales de silicio y germanio como detectores de radar condujo a mejoras en la fabricación y la teoría. Los científicos que habían trabajado en el radar volvieron al desarrollo de dispositivos de estado sólido. Con la invención de los transistores en los Laboratorios Bell en 1947, el campo de la electrónica pasó de los tubos de vacío a los dispositivos de estado sólido.
Con el pequeño transistor en sus manos, los ingenieros eléctricos de la década de 1950 vieron las posibilidades de construir circuitos mucho más avanzados. Sin embargo, a medida que crecía la complejidad de los circuitos, surgieron problemas.
Un problema fue el tamaño del circuito. Un circuito complejo como una computadora dependía de la velocidad. Si los componentes eran grandes, los cables que los interconectaban deben ser largos. Las señales eléctricas tardaron en atravesar el circuito, lo que ralentizó la computadora.
La invención del circuito integrado de Jack Kilby y Robert Noyce resolvió este problema haciendo que todos los componentes y el chip salgan del mismo bloque (monolito) de material semiconductor. Los circuitos podrían hacerse más pequeños y el proceso de fabricación podría automatizarse. Esto condujo a la idea de integrar todos los componentes en una sola oblea de silicio, lo que condujo a la integración a pequeña escala (SSI) a principios de la década de 1960, a la integración de mediana escala (MSI) a fines de la década de 1960, y luego a la integración a gran escala (LSI) ) así como VLSI en las décadas de 1970 y 1980, con decenas de miles de transistores en un solo chip (luego cientos de miles, luego millones y ahora miles de millones).
Desarrollos:
Los primeros chips semiconductores contenían dos transistores cada uno. Los avances posteriores agregaron más transistores y, como consecuencia, se integraron más funciones o sistemas individuales con el tiempo. Los primeros circuitos integrados contenían solo unos pocos dispositivos, tal vez hasta diez diodos, transistores, resistencias y condensadores, lo que permitía fabricar una o más puertas lógicas en un solo dispositivo. Ahora conocido retrospectivamente como integración a pequeña escala (SSI), las mejoras en la técnica llevaron a dispositivos con cientos de puertas lógicas, conocidas como integración de mediana escala (MSI). Otras mejoras condujeron a la integración a gran escala (LSI), es decir, sistemas con al menos mil puertas lógicas. La tecnología actual ha superado esta marca y los microprocesadores actuales tienen muchos millones de puertas y miles de millones de transistores individuales.
Hubo un tiempo en que se intentó nombrar y calibrar varios niveles de integración a gran escala por encima de VLSI. Se utilizaron términos como integración de ultra gran escala (ULSI). Pero la gran cantidad de puertas y transistores disponibles en dispositivos comunes ha hecho que tales distinciones sean discutibles. Los términos que sugieren niveles de integración superiores a VLSI ya no se usan ampliamente.
En 2008, los procesadores de mil millones de transistores se comercializaron. Esto se volvió más común a medida que la fabricación de semiconductores avanzó a partir de la generación actual de procesos de 65 nm. Los diseños actuales, a diferencia de los primeros dispositivos, utilizan una amplia automatización del diseño y síntesis lógica automatizada para diseñar los transistores, lo que permite mayores niveles de complejidad en la funcionalidad lógica resultante. Ciertos bloques lógicos de alto rendimiento, como la celda SRAM (memoria estática de acceso aleatorio), todavía están diseñados a mano para garantizar la máxima eficiencia.
Diseño estructurado:
El diseño VLSI estructurado es una metodología modular originada por Carver Meada y Lynn Conway para salvar el área de microchips al minimizar el área de tejidos interconectados. Esto se obtiene mediante la disposición repetitiva de macrobloques rectangulares que pueden interconectarse mediante cableado mediante pilar. Un ejemplo es dividir el diseño de un sumador en una fila de celdas de segmentos de bits iguales. En diseños complejos, esta estructuración se puede lograr mediante anidamiento jerárquico.
El diseño estructurado de VLSI había sido popular a principios de la década de 1980, pero perdió su popularidad más tarde debido al advenimiento de las herramientas de colocación y enrutamiento que desperdician una gran parte del enrutamiento, lo que se tolera debido al progreso de la Ley de Moore. Al introducir el lenguaje de descripción de hardware KARL a mediados de la década de 1970, Reiner Hartenstein acuñó el término “diseño VLSI estructurado” (originalmente como “diseño LSI estructurado”), haciéndose eco del enfoque de programación estructurada de Edsger Dijkstra mediante la anidación de procedimientos para evitar un programa caótico estructurado en espagueti
Luchas:
A medida que los microprocesadores se vuelven más complejos debido a la escala de la tecnología, los diseñadores de microprocesadores se han encontrado con varios desafíos que los obligan a pensar más allá del plano de diseño y mirar hacia el post-silicio:
- Variación del proceso : a medida que las técnicas de fotolitografía se acercan a las leyes fundamentales de la óptica, lograr una alta precisión en las concentraciones de dopaje y los cables grabados se vuelve más difícil y propenso a errores debido a la variación. Los diseñadores ahora deben simular en múltiples esquinas del proceso de fabricación antes de que un chip esté certificado listo para la producción, o utilizar técnicas a nivel de sistema para lidiar con los efectos de la variación.
- Reglas de diseño más estrictas : debido a problemas de litografía y grabado con la escala, las reglas de diseño para el diseño se han vuelto cada vez más estrictas. Los diseñadores deben tener en cuenta cada vez más estas reglas al diseñar circuitos personalizados. La sobrecarga para el diseño personalizado ahora está llegando a un punto de inflexión, con muchas casas de diseño que optan por cambiar a herramientas de automatización de diseño electrónico (EDA) para automatizar su proceso de diseño.
- Cierre de temporización / diseño : a medida que las frecuencias de reloj tienden a aumentar, los diseñadores encuentran cada vez más difícil distribuir y mantener un sesgo de reloj bajo entre estos relojes de alta frecuencia en todo el chip. Esto ha llevado a un creciente interés en las arquitecturas de múltiples núcleos y multiprocesos, ya que se puede obtener una aceleración general incluso con una frecuencia de reloj más baja utilizando la potencia de cálculo de todos los núcleos.
- Éxito de primer paso : a medida que se reducen los tamaños de los troqueles (debido al escalado) y aumentan los tamaños de las obleas (debido a los menores costos de fabricación), aumenta el número de troqueles por oblea y la complejidad de hacer fotomascaras adecuadas aumenta rápidamente. Una máscara para una tecnología moderna puede costar varios millones de dólares. Este gasto no recurrente disuade la vieja filosofía iterativa que involucra varios “ciclos de centrifugado” para encontrar errores en el silicio, y fomenta el éxito del silicio de primer paso. Se han desarrollado varias filosofías de diseño para ayudar a este nuevo flujo de diseño, incluido el diseño para fabricación (DFM), el diseño para prueba (DFT) y el Diseño para X.
Fuente: Wikipedia