Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1984/D19841008Elc043.shtml

Полупроводниковая технология задает темпы развития компонентов

УДК 621.3.049.774.2.002

Генри Девис (Henry A. Davis)
Редакция ElectronicsWeek

Henry A. Davis. Semiconductors pace growth of components, No.26, pp. 59—69.

Представлен обзор современного состояния технологии и техники полупроводниковых ИС и основных направлений их развития. Показано, что в связи с ростом требований к быстродействию, энергопотреблению и методам сборки ИС их поставщики все шире используют в проектировании различные системные подходы.

Под влиянием постоянных требований к повышению функциональных возможностей, приходящихся на каждую интегральную схему, при выборе наилучшего набора возможностей ИС изготовители полупроводниковых приборов все чаще прибегают к помощи специалистов-системотехников. Сейчас, когда приборы памяти уже характеризуются уровнем интеграции более 1 млн. транзисторов, а микропроцессоры, периферийные и интерфейсные ИС по сложности приближаются к уровню в полмиллиона транзисторов, их разработчики для решения основных проблем проектирования столь сложных схем обращаются к помощи высокоразвитых систем автоматизированного проектирования и к более регулярным методам проектирования.

С ростом уровня интеграции ИС возникает целый «букет» сложных технических проблем: увеличение рассеиваемой мощности, рост продолжительности испытаний, повышение требований к испытаниям и методам сборки кристаллов, возрастание стоимости проектирования и повышение точности контроля технологических процессов. Однако при всей сложности этих проблем как таковых, вероятно, наиболее сложная задача состоит в том, чтобы точно определить, что же именно нужно сделать из упомянутого полумиллиона транзисторов. Для решения этой задачи разработчики полупроводниковых компонентов в настоящее время прибегают к услугам специалистов-системотехников — как своих собственных, так и из компаний-заказчиков. Разработанные последними технические требования к изделиям уже вызвали появление динамических ЗУПВ с различными вариантами организации данных и в дальнейшем обещают вызвать аналогичное дробление рынков сбыта полупроводниковых компонентов практически во всех областях применения. Рост специализации на рынке ЗУ отражает тенденцию, в соответствии с которой будет развиваться производство и в случае других категорий полупроводниковых приборов.


Рис.1 В процессе массового производства последователь ных поколений динамических ЗУПВ площади их кристаллов уменьшались до уровня 15—20 мм2 (а). Для предельного уменьшения размеров запоминающих элементов новых динамических ЗУПВ требуется как минимум двойное уменьшение важнейших геометрических размеров их схемных элементов (б).

Исторически сложилось так, что ситуация на рынке сбыта ЗУ в беспрецедентной степени определялась динамическими ЗУПВ. В настоящее время этот рынок постепенно разделяется на существенно автономные секторы по типам приборов памяти: динамические ЗУПВ, стираемые прогграммируемые ПЗУ, энергонезависимые ЗУПВ и электрически стираемые ППЗУ. Внутри каждого сектора существует большое разнообразие различных моделей, позволяющее разработчику систем выбрать комбинацию быстродействия, потребляемой мощности, информационной емкости и организации, наиболее соответствующую его потребностям.

Программное обеспечение сейчас играет исключительно важную роль практически для каждого изготовителя систем и комплексного оборудования. Стала необходимостью программная совместимость различных системных изделий. Эта означает, что изготовители полупроводниковых приборов должны обращать особое внимание на создание микропроцессорных семейств, программно совместимых по центральным процессорам не только «вверх», но и «вниз». При совместимости с более простыми и дешевыми моделями разработчики могут создавать удешевленные системы на базе моделей ЦП с меньшей разрядностью шин при сохранении полной транспортабельности программных средств.

Прежние микропроцессоры, у которых поле адресов памяти было ограничено 16 разрядами, уступили место новому поколению процессоров,, разработанных на уровне настоящих универсальных компьютеров с полными возможностями по адресации. Возможности существующих 32-разрядных машин с 24-разрядной адресацией в дальнейшем будут расширены до 32-разрядных адресов, что поставит эти машины практически на один уровень с процессорами универсальных компьютеров. Увеличение количества транзисторов в ИС позволяет аппаратно реализовать виртуальную память, заменяющую прежние схемы сегментации памяти, более сложные с точки зрения программирования.

Микропроцессоры достигают предельной разрядности

В отличие от ЗУ для микропроцессоров предельная разрядность слова уже близка, так как 32 разряда считаются всеми без исключения изготовителями тем максимумом, который необходим для обычного изделия. Большинство ведущих изготовителей уже имеют свое микропроцессорное семейство, а разработка и организация обеспечения приборов с новым набором инструкций стоят очень дорого, поэтому можно считать, что в ближайшее время новых микропроцессорных семейств на рынке не появится.

В основном новые разработки будут направлены на то, чтобы увеличить количество вспомогательных схем, выполняемых в составе процессорных кристаллов, и на создание специализированных вспомогательных процессоров (сопроцессоров), например стандартных процессоров с плавающей точкой. Большое внимание со стороны как изготовителей полупроводниковых ИС, так и разработчиков систем будет уделяться развитию периферийных схем. В настоящее время ряд фирм успешно ведет работы по созданию средств обработки видеоизображений и периферийных контроллеров, предназначенных для совместной работы с новыми мощными 32-разрядными процессорами.

На рынках аналоговых ИС и традиционных ТТЛ ИС новые высокоскоростные К/МОП-схемы должны заставить изготовителей биполярных ИС зашевелиться в борьбе за рынки сбыта. К/МОП-эквиваленты стандартных ТТЛ-схем, изготовленные по новой разновидности старой К/МОП-технологии с металлическими затворами, полностью совместимы с ТТЛ ИС по выходным втекающим и вытекающим токам. При замене биполярных ИС, с которыми они совместимы, и по разводке выводов данные К/МОП-схемы дают такие же задержки сигналов, но при меньшей рассеиваемой мощности. Это позволяет разработчикам реализовывать на них высокопроизводительные процессоры с полным быстродействием, но без свойственного таким устройствам высокого потребления мощности. (К/МОП-технология уже пробивает себе дорогу и в сферу аналоговых схем, однако пока что биполярная технология намного превосходит ее по точности при изготовлении операционных усилителей и других приборов, для которых требуются резисторы с жесткими допусками и высокое усиление активных компонентов.)

Компания National Semiconductor Corp. (Санта-Клара, шт.Калифорния) изготовила по К/МОП-технологии, совместимой с технологией изготовления логических ИС и дополненной резисторами с лазерной подгонкой, прецизионные 12-разрядные аналого-цифровые преобразователи. В 1985г. на смену приборам с дорогими подгоняемыми компонентами придут «разумные» аналого-цифровые преобразователи и вспомогательные приборы. В этих «разумных» ИС для выбора корректирующих поправок, увеличивающих линейность преобразования, будут использованы специальные программируемые разряды.

Развитие полупроводниковой технологии быстрыми темпами повышает возможности систем. Чтобы идти в ногу с этой тенденцией, разработчики полупроводниковы
Рис.2. Развитие полупроводниковой технологии быстрыми темпами повышает возможности систем. Чтобы идти в ногу с этой тенденцией, разработчики полупроводниковых ИС все шире используют системные соображения, выбирая для конкретных приложений наиболее подходящую технологию.

Благодаря появлению и распространению усовершенствованных средств автоматизированного проектирования приобретение полузаказных и заказных ИС становится, наконец, доступным для такого массового потребителя, как изготовители электронных систем со средними объемами выпуска. Поскольку срок разработки и освоения производства новых ИС сократился с нескольких лет всего до шести месяцев, то как полупроводниковые компании, так и их заказчики вполне могут позволить себе разработку специализированных ИС для безотлагательного выпуска новых изделий — ведь теперь их проектирование с применением САПР занимает относительно немного времени.

Проектирование ИС на стандартных элементах — ведущий метод более чем на десятилетие — освоено в данный момент практически каждым поставщиком заказных ИС. Широкое распространение уже получают библиотеки, содержащие свыше 300 детально исследованных элементов, и их пополнение и развитие будет продолжаться, особенно в связи с появлением в 1984г. программ блочной трассировки элементов.

Очень важное направление развития библиотек стандартных элементов — это их дополнение микропроцессорными ядрами. Обычно такое ядро представляет собой стандартный для отрасли процессор, а в качестве дополнений к нему в библиотеках имеются стыковочные логические элементы, а также такие специализированные элементы, как синтезаторы речи, аналоговые схемы и стандартные блоки памяти с высокой плотностью упаковки. Вполне возможно, что в ближайшие несколько лет библиотеки элементов будут дополнены еще и блоками ЭСППЗУ и ППЗУ на базе соответствующих технологий.

Дочерние статьи:

Логические схемы и запоминающие устройства

Микропроцессорные и периферийные БИС

Аналоговые схемы

Специализированные ИС

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 57, No.20 (701), 1984г - пер. с англ. М.: Мир, 1984, стр.62

ElectronicsWeek Vol.57 No.25 October 01, 1984 A McGraw-Hill Publication

ElectronicsWeek Vol.57 No.26 October 08, 1984 A McGraw-Hill Publication

Henry A. Davis. Semiconductors pace growth of components, No.26, pp. 59—69.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Компоненты





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:55 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1984/D19841008Elc043.shtml