Integrierter Schaltkreis

"Silicon Chip" leitet hier weiter. Für das Elektronikmagazin siehe Siliziumchip.
"Microchip" leitet hier weiter. Für andere Verwendungen siehe Mikrochip (Disambiguation).
Eladerable programmierbare schreibgeschützte Speicher (EPROM) Integrierte Schaltungen in Dual Inline-Pakete. Diese Pakete ein transparentes Fenster haben, das das zeigt sterben Innerhalb. Das Fenster wird verwendet, um den Speicher zu löschen, indem der Chip ausgesetzt wird ultraviolettes Licht.
Integrierter Schaltkreis aus einem EPROM -Speicher -Mikrochip, das die Speicherblöcke, die stützenden Schaltkreise und die feinen Silberdrähte zeigt, die die integrierte Schaltung mit den Beinen der Verpackung verbinden, sterben
Virtuelle Detail einer integrierten Schaltung durch vier Schichten planarisierter Schichten Kupferverbindung, bis zum Polysilicon (Pink), Wells (grau) und Substrat (grün)

Ein Integrierter Schaltkreis oder Monolithische integrierte Schaltung (auch als als bezeichnet als als IC, a Chip, oder ein Mikrochip) ist ein Satz von elektronische Schaltkreise auf einem kleinen flachen Stück (oder "Chip") von Halbleiter Material normalerweise Silizium. Große Zahlen von winzig Mosfets (Metal -Oxid -Semiconductor Feldeffekttransistoren) In einen kleinen Chip integrieren. Dies führt zu Schaltungen, die Größenordnungen sind, die kleiner, schneller und günstiger sind als diejenigen, die aus diskreten Konstruktionen hergestellt wurden elektronische Bauteile. Die ICs Massenproduktion Fähigkeit, Zuverlässigkeit und Gebäudeblockansatz für Integriertes Schaltungsdesign hat die schnelle Einführung standardisierter ICs anstelle von Entwürfen mit diskreter Einführung sichergestellt Transistoren. ICs werden jetzt in praktisch allen elektronischen Geräten verwendet und haben die Welt von revolutioniert Elektronik. Computers, Mobiltelefone und andere Haushaltsgeräte sind jetzt untrennbare Teile der Struktur moderner Gesellschaften, die durch die geringen Größe und die niedrigen Kosten von ICs wie modern ermöglicht werden Computerprozessoren und Mikrocontroller.

Sehr große Integration wurde durch technologische Fortschritte in praktisch gemacht Metal -Oxid -Silicon (Mos) Herstellung von Halbleitervorrichtungen. Seit ihrer Herkunft in den 1960er Jahren sind die Größe, Geschwindigkeit und Kapazität von Chips enorm fortgeschritten, was auf technische Fortschritte zurückzuführen ist, die immer mehr MOS -Transistoren auf Chips gleicher Größe passen - ein moderner Chip hat möglicherweise viele Milliarden MOS -Transistoren in einem Bereich von der Größe eines menschlichen Fingernagels. Diese Fortschritte folgen grob Moores GesetzMachen Sie die Computerchips von heute Millionen, wenn es um die Kapazität und die Geschwindigkeit der Computerchips der frühen 1970er Jahre verfügt.

ICs haben zwei Hauptvorteile gegenüber Diskrete Schaltungen: Kosten und Leistung. Die Kosten sind niedrig, da die Chips mit allen Komponenten als Einheit von gedruckt werden Photolithographie anstatt jeweils ein Transistor konstruiert zu werden. Darüber hinaus verwenden verpackte ICs viel weniger materiell als diskrete Schaltungen. Die Leistung ist hoch, da die Komponenten des IC schnell wechseln und aufgrund ihrer geringen Größe und Nähe vergleichsweise wenig Strom verbrauchen. Der Hauptnachteil von ICS sind die hohen Kosten für die Entwurfskosten und die Herstellung der erforderlichen Fotomaschs. Diese hohen Anfangskosten bedeutet, dass ICs nur wirtschaftlich rentabel sind, wenn hohe Produktionsvolumina werden erwartet.

Terminologie

Ein Integrierter Schaltkreis ist definiert als:[1]

Eine Schaltung, in der alle oder einige Schaltungselemente untrennbar miteinander verbunden sind und elektrisch miteinander verbunden sind, so dass sie für die Zwecke des Konstruktion und des Handels als unteilbar angesehen wird.

Schaltkreise, die diese Definition erfüllen, können mit vielen verschiedenen Technologien konstruiert werden, einschließlich Dünnfilmtransistoren, Dickfilmtechnologien, oder Hybrid integrierte Schaltkreise. Im Allgemeinen Gebrauch jedoch Integrierter Schaltkreis hat sich auf die einteilige Schaltungskonstruktion bezieht Monolithische integrierte Schaltungoft auf einem einzigen Stück Silizium gebaut.[2][3]

Geschichte

Jack Kilby'S Original Hybrid integrierter Schaltkreis ab 1958. Dies war der erste integrierte Schaltkreis und wurde aus erstellt Germanium.

Ein frühzeitiger Versuch, mehrere Komponenten in einem Gerät (wie moderne ICs) zu kombinieren, war die Loewe 3nf Vakuumrohr aus den 1920er Jahren. Im Gegensatz zu ICs wurde es mit dem Zweck von entworfen SteuervermeidungWie in Deutschland hatten Radioempfänger eine Steuer, die erhoben wurde, je nachdem, wie viele Röhrenhalter ein Funkempfänger hatte. Es ermöglichte Radioempfänger, einen einzelnen Rohrhalter zu haben.

Frühe Konzepte einer integrierten Schaltung gehen auf 1949 zurück, als der deutsche Ingenieur Werner Jacobi[4] (Siemens AG)[5] Eingereichert ein Patent für ein integriertes Kreislauf-ähnlicher Halbleiterverstärkungsgerät[6] fünf zeigen Transistoren auf einem gemeinsamen Substrat in einem dreistufigen Substrat Verstärker Anordnung. Jacobi gab klein und billig bekannt Hörgeräte als typische industrielle Anwendungen seines Patents. Eine sofortige kommerzielle Nutzung seines Patents wurde nicht gemeldet.

Ein weiterer früher Befürworter des Konzepts war Geoffrey Dummer (1909–2002), ein Radarwissenschaftler, der für die arbeitet Royal Radar Establishment der Briten Verteidigungsministerium. Dummer überreichte die Idee der Öffentlichkeit auf dem Symposium über Fortschritte bei qualitativ hochwertigen elektronischen Komponenten in Washington, D.C. am 7. Mai 1952.[7] Er gab vielen Symposien öffentlich, um seine Ideen zu verbreiten, und versuchte erfolglos, 1956 einen solchen Stromkreis zu bauen. Zwischen 1953 und 1957,,,,,, Sidney Darlington und Yasuo Tarui (Elektrotechnisches Labor) Vorgeschlagene ähnliche Chip -Designs, bei denen mehrere Transistoren einen gemeinsamen aktiven Bereich teilen konnten, es gab jedoch keine elektrische Isolation sie voneinander zu trennen.[4]

Der monolithische integrierte Schaltungschip wurde durch die Erfindungen der Erfindungen der Planarprozess durch Jean Hoerni und P -N -Junction -Isolation durch Kurt Lehovec. Hoernis Erfindung wurde darauf aufgebaut Mohamed M. AtallaDie Arbeit an Oberflächenpassivierung sowie Fuller und Ditzenbergers Arbeit zur Verbreitung von Bor- und Phosphorverunreinigungen in Silizium, Carl Frosch und Lincoln Dericks Arbeit zum Oberflächenschutz und Chih-Tang SahArbeiten zur Diffusionsmaskierung durch das Oxid.[8]

Erste integrierte Schaltungen

Hauptartikel: Erfindung der integrierten Schaltung
Siehe auch: Planarprozess, P -N -Junction -Isolation, und Oberflächenpassivierung
Robert Noyce erfand die erste monolithisch integrierte Schaltung im Jahr 1959. Der Chip wurde aus erstellt Silizium.

Eine Vorläuferidee für den IC bestand darin, kleine Keramiksubstrate (so genannt Mikromodulen),[9] jeweils enthält eine einzelne miniaturisierte Komponente. Komponenten könnten dann integriert und in ein bidimensionales oder tridimensionales Kompaktraster verkabelt werden. Diese Idee, die 1957 sehr vielversprechend schien, wurde der US -Armee von vorgeschlagen Jack Kilby[9] und führte zum kurzlebigen Mikromodül-Programm (ähnlich wie Tinkertoy von 1951).[9][10][11] Als das Projekt jedoch an Dynamik gewann, kam Kilby ein neues, revolutionäres Design: das IC.

Neu beschäftigt von Texas InstrumenteKilby verzeichnete im Juli 1958 seine ersten Ideen in Bezug auf die Integrated Circuit und demonstrierte erfolgreich das erste funktionierende Beispiel einer integrierten Rennstrecke am 12. September 1958.[12] In seinem Patentantrag vom 6. Februar 1959,,[13] Kilby beschrieb sein neues Gerät als "einen Körper von Halbleitermaterial ... wobei alle Komponenten des elektronischen Schaltkreises vollständig integriert sind".[14] Der erste Kunde für die neue Erfindung war die US-Luftwaffe.[15] Kilby gewann die 2000 Nobelpreis in der Physik seinerseits zur Erfindung des integrierten Schaltkreises.[16] Kilbys Erfindung war jedoch a Hybrid integrierter Schaltkreis (Hybrid IC), anstatt ein monolithischer integrierter Schaltkreis (monolithischer IC) -Phip.[17] Kilbys IC hatte externe Drahtverbindungen, was es schwierig machte, Massenproduktion zu produzieren.[18]

Ein halbes Jahr nach Kilby, Robert Noyce bei Fairchild Semiconductor erfand den ersten echten monolithischen IC -Chip.[19][18] Es war eine neue Vielfalt an integrierter Schaltung, praktischer als Kilbys Implementierung. Noyces Design war aus Silizium, während Kilbys Chip aus gemacht wurde Germanium. Noyces monolithisches IC legte alle Komponenten auf einen Siliziumchip und verband sie mit Kupferlinien.[18] Noyces monolithisches IC war erfunden Verwendung der Planarprozess, entwickelt Anfang 1959 von seinem Kollegen Jean Hoerni. Moderne IC -Chips basieren auf Noyces monolithischem IC,[19][18] Anstelle von Kilbys Hybrid -IC.[17]

Das Apollo -Programm der NASA war zwischen 1961 und 1965 der größte einzelne Verbraucher von integrierten Schaltungen.[20]

TTL Integrierte Schaltungen

Hauptartikel: Transistor -Transistor -Logik

Transistor -Transistor -Logik (TTL) wurde von entwickelt von James L. Buie in den frühen 1960er Jahren bei TRW Inc. TTL wurde in den 1970er bis frühen 1980er Jahren zur dominierenden integrierten Schaltungstechnologie.[21]

Dutzende von TTL -integrierten Schaltungen waren eine Standard -Konstruktionsmethode für die Prozessoren von Minicomputer und Mainframe -Computer. Computers wie zum Beispiel IBM 360 Mainframes, PDP-11 Minicomputer und der Desktop DataPoint 2200 wurden gebaut von bipolar integrierte Schaltkreise,[22] entweder TTL oder das noch schnellere Emitter-gekoppelte Logik (ECL).

MOS -integrierte Schaltungen

Weitere Informationen: MOSFET -Anwendungen § MOS -integrierte Schaltung
Siehe auch: Liste der Beispiele der Halbleiterskala, Mischsignale integrierte Schaltung, Moores Gesetz, Three-dimensional integrated circuit, Transistorzahl, und Sehr große Integration

Fast alle modernen IC -Chips sind Metal -Oxid -Jemonductor (MOS) integrierte Schaltungen, gebaut aus Mosfets (Metal-Oxid-Silicon-Feldeffekttransistoren).[23] Das MOSFET (auch bekannt als MOS -Transistor), das von erfunden wurde Mohamed M. Atalla und Dawon Kahng 1959 bei Bell Labs,[24] ermöglicht es zu bauen Hochdichte integrierte Schaltkreise.[25] Im Kontrast zu Bipolare Transistoren die eine Reihe von Schritten für die erforderten P -N -Junction -Isolation Von Transistoren auf einem Chip erforderten MOSFETs keine solchen Schritte, konnten jedoch leicht voneinander isoliert werden.[26] Sein Vorteil für integrierte Schaltungen wurde von Dawon Kahng im Jahr 1961 hingewiesen.[27] Das Liste der IEEE -Meilensteine Beinhaltet die erste integrierte Schaltung von Kilby im Jahr 1958,[28] Hoernis Planarprozess und Noyce's Planar IC im Jahr 1959 und das MOSFET von Atalla und Kahng im Jahr 1959.[29]

Der früheste experimentelle MOS-IC, der hergestellt werden sollte RCA 1962.[30] Allgemeine Mikroelektronik Später stellte 1964 den ersten kommerziellen MOS -Schaltkreis eingeführt.[31] Ein 120-Transistor Schieberegister entwickelt von Robert Norman.[30] Bis 1964 hatten MOS -Chips höher erreicht Transistordichte und niedrigere Produktionskosten als bipolar Chips. MOS -Chips erhöhten die Komplexität mit einer Rate, die von vorhergesagt wurde Moores Gesetz, führen zu Große Integration (LSI) mit Hunderten von Transistoren auf einem einzigen MOS -Chip Ende der 1960er Jahre.[32]

Nach der Entwicklung der selbstausgerichtetes Tor (Silicon-Gate) MOSFET von Robert Kerwin, Donald Klein und John Sarace bei Bell Labs im Jahr 1967,[33] Der Erste Silizium-Gate MOSIC -Technologie mit selbstausgerichtete Tore, die Grundlage aller modernen CMOs Integrierte Schaltkreise, wurde bei Fairchild Semiconductor von entwickelt Federico Faggin 1968.[34] Die Anwendung von MOS -LSI -Chips auf Computer war die Grundlage für die erste Mikroprozessoren, als die Ingenieure anfingen zu erkennen, dass eine vollständige Computerprozessor könnte auf einem einzelnen Mos LSI -Chip enthalten sein. Dies führte zu den Erfindungen des Mikroprozessors und der Mikrocontroller In den frühen 1970er Jahren.[32] In den frühen 1970er Jahren ermöglichte die MOS -Technologie der integrierten Schaltkreise den Sehr große Integration (VLSI) von mehr als 10.000 Transistoren auf einem einzigen Chip.[35]

Zuerst machten MOS-basierte Computer nur sinnvoll, wenn eine hohe Dichte erforderlich war, wie z. Luft- und Raumfahrt und Taschenrechner. Computer, die vollständig aus TTL erstellt wurden, wie die 1970 DataPoint 2200waren viel schneller und leistungsfähiger als Single-Chip-MOS-Mikroprozessoren wie die 1972 Intel 8008 Bis in die frühen 1980er Jahre.[22]

Fortschritte in der IC -Technologie vor allem Kleinere Merkmale und größere Chips haben es erlaubt die Nummer von MOS -Transistoren In einem integrierten Schaltkreis bis zu verdoppeln alle zwei Jahre ein Trend, der als Moore's Law bekannt ist. Moore erklärte ursprünglich, dass es sich jedes Jahr verdoppeln würde, aber er änderte den Anspruch 1975 auf alle zwei Jahre.[36] Diese erhöhte Kapazität wurde verwendet, um die Kosten zu senken und die Funktionalität zu erhöhen. Im Allgemeinen verbessert sich fast jeder Aspekt eines IC -Betriebs, wenn die Merkmalsgröße schrumpft. Die Kosten pro Transistor und die Stromverbrauch wechseln pro Transistor geht unter, während die Speicherkapazität und Geschwindigkeit Gehen Sie durch die Beziehungen, die von definiert werden Dennard Scaling (MOSFET -Skalierung).[37] Da für den Endbenutzer Geschwindigkeits-, Kapazitäts- und Stromverbrauchsgewinne sichtbar sind, gibt es unter den Herstellern einen heftigen Wettbewerb, um feinere Geometrien zu verwenden. Im Laufe der Jahre sind die Transistorgrößen von zehn zehn von abgenommen Mikrometer In den frühen 1970er bis 10 Jahren Nanometer 2017[38] mit einer entsprechenden Millionen-FALT-Zunahme der Transistoren pro Einheit. Ab 2016 reichen typische Chipflächen von einigen Quadrat Millimeter bis rund 600 mm2mit bis zu 25 Millionen Transistoren pro mm2.[39]

Das erwartete Rückgang der Merkmalsgrößen und die erforderlichen Fortschritte in verwandten Bereichen wurden viele Jahre lang von der prognostiziert Internationale Technologie -Roadmap für Halbleiter (ITRS). Die endgültigen ITRs wurde 2016 ausgestellt und wird durch die ersetzt Internationale Roadmap für Geräte und Systeme.[40]

Anfangs waren ICs streng elektronische Geräte. Der Erfolg von ICS hat zur Integration anderer Technologien geführt, um die gleichen Vorteile von geringer Größe und niedrigen Kosten zu erzielen. Diese Technologien umfassen mechanische Geräte, Optik und Sensoren.

  • Geräte für Ladeberechnenund die eng verwandten Active-Pixel-Sensoren, sind Chips, die empfindlich sind für hell. Sie haben weitgehend ersetzt fotografischen Film in wissenschaftlichen, medizinischen und Verbraucheranwendungen. Millionen dieser Geräte werden jetzt jedes Jahr für Anwendungen wie Mobiltelefone, Tablets und Digitalkameras hergestellt. Dieses Unterfeld der ICS gewann 2009 den Nobelpreis.[41]
  • Sehr kleine mechanische Geräte, die durch Strom angetrieben werden, kann in Chips integriert werden, einer Technologie als bekannt als Mikroelektromechanische Systeme. Diese Geräte wurden Ende der 1980er Jahre entwickelt[42] und werden in einer Vielzahl von kommerziellen und militärischen Anwendungen verwendet. Beispiele beinhalten DLP -Projektoren, Tintenstrahldrucker, und Beschleunigungsmesser und MEMS -Gyroskope Wird zur Bereitstellung des Automobils verwendet Airbags.
  • Seit den frühen 2000er Jahren die Integration der optischen Funktionalität (Optisches Computer) In Siliziumchips wurde sowohl in der akademischen Forschung als auch in der Branche aktiv verfolgt, was zu einer erfolgreichen Kommerzialisierung von integrierten optischen Transceiver auf Siliziumbasis führte, die optische Geräte (Modulatoren, Detektoren, Routing) mit CMOS -basierter Elektronik kombinieren.[43] Photonische integrierte Schaltungen Diese Verwendung von Licht wird ebenfalls entwickelt, wobei das aufstrebende Physikfeld bekannt ist als Photonik.
  • Integrierte Schaltungen werden ebenfalls entwickelt für Sensor Anwendungen in medizinische Implantate oder andere bioelektronisch Geräte.[44] In solchen biogenen Umgebungen müssen spezielle Versiegelungstechniken angewendet werden, um sie zu vermeiden Korrosion oder Biologischer Abbau der exponierten Halbleitermaterialien.[45]

Ab 2018Die überwiegende Mehrheit aller Transistoren ist Mosfets Hergestellt in einer einzigen Schicht auf einer Seite eines Siliziumchips in einer flachen zweidimensionalen Planarprozess. Forscher haben Prototypen mehrerer vielversprechender Alternativen hervorgebracht, wie z. B.:

Da es schwieriger wird, immer kleinere Transistoren herzustellen, verwenden Unternehmen Multi-Chip-Module, Dreidimensionale integrierte Schaltkreise, Paket auf Paket, Hohe Bandbreitengedächtnis und Durch-Silizium-Vias Mit der Stapelung, um die Leistung zu erhöhen und die Größe zu verringern, ohne die Größe der Transistoren verringern zu müssen. Solche Techniken werden gemeinsam als fortschrittliche Verpackung bezeichnet.[50] Die fortschrittliche Verpackung ist hauptsächlich in 2,5D- und 3D -Verpackungen unterteilt. 2.5D beschreibt Ansätze wie Multi-Chip-Module, während 3D Ansätze beschreibt, bei denen die Stämme auf die eine oder andere Weise gestapelt werden, z. B. Paket auf dem Paket und auf hoher Bandbreitenspeicher. Alle Ansätze umfassen 2 oder mehr Stanze in einem einzigen Paket.[51][52][53][54][55] Alternativ Ansätze wie wie 3d Nand Stapeln Sie mehrere Schichten auf einem einzigen Würfel.

Entwurf

Hauptartikel: Elektronische Designautomatisierung, Hardware -Beschreibung Sprache, und Integriertes Schaltungsdesign

Die Kosten von Entwerfen Die Entwicklung eines komplexen integrierten Stromkreises ist ziemlich hoch, normalerweise in mehreren zehn Millionen Dollar.[56][57] Daher ist es nur wirtschaftlich sinnvoll, integrierte Schaltungsprodukte mit hohem Produktionsvolumen herzustellen, also die Einmalentwicklung (NRE) Die Kosten werden auf typischerweise Millionen von Produktionseinheiten verteilt.

Moderne Halbleiterchips haben Milliarden von Komponenten und sind zu komplex, um von Hand ausgelegt zu werden. Softwaretools, die dem Designer helfen, sind unerlässlich. Elektronische Designautomatisierung (Eda), auch als elektronisch bezeichnet Computergestütztes Design (ECAD),[58] ist eine Kategorie von Software-Tools zum Entwerfen elektronische Systeme, einschließlich integrierter Schaltungen. Die Werkzeuge arbeiten in einem zusammen Design-Flow Die Ingenieure verwenden und analysieren, um ganze Halbleiterchips zu entwerfen und zu analysieren.

Typen

A-zu-D-Konverter-IC in a TAUCHEN

Integrierte Schaltungen können weitgehend eingestuft werden in Analog,[59] Digital[60] und gemischtes Signal,[61] bestehend aus analogem und digitalem Signal auf demselben IC.

Digital integrierte Schaltkreise können Milliarden enthalten[39] von Logik -Tore, Flip Flops, Multiplexerund andere Schaltungen in wenigen Quadratmillimetern. Die geringe Größe dieser Schaltungen ermöglicht hohe Geschwindigkeit, Verlust mit geringer Leistung und reduziert Herstellungskosten Im Vergleich zur Integration auf Board-Ebene. Diese digitalen ICs, typischerweise Mikroprozessoren, DSPs, und Mikrocontroller, verwenden boolsche Algebra herstellen "eins" und "Zero" Signale.

Das sterben von einem Intel 8742, ein 8-Bit Nmos Mikrocontroller Das schließt a ein Zentralprozessor Laufen bei 12 MHz, 128 Bytes von RAM, 2048 Bytes von Eprom, und I/o im selben Chip

Zu den fortschrittlichsten integrierten Schaltkreisen gehören die Mikroprozessoren oder "Kerne", verwendet in Personalcomputern, Mobiltelefone, Mikrowellenusw. Mehrere Kerne können zusammen in einen einzelnen IC oder Chip integriert werden. Digital Speicher Chips und Anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs) sind Beispiele für andere Familien integrierter Schaltkreise.

In den 1980er Jahren, Programmierbare Logikgeräte wurden entwickelt. Diese Geräte enthalten Schaltungen, deren logische Funktion und Konnektivität vom Benutzer programmiert werden können, anstatt vom Hersteller von integriertem Schaltkreis festgelegt zu werden. Dadurch kann ein Chip programmiert werden, um verschiedene Funktionen vom LSI-Typ auszuführen, wie z. Logik -Tore, Addierer und Register. Die Programmierbarkeit kommt in verschiedenen Formen - Geräte, die sein können nur einmal programmiert, Geräte, die gelöscht und dann neu programmiert werden können Verwenden von UV -Licht, Geräte, die (neu) mit Verwendung programmiert werden können Flash-Speicher, und Feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), das jederzeit programmiert werden kann, auch während des Betriebs. Aktuelle FPGAs können (ab 2016) das Äquivalent von Millionen von Toren umsetzen und bei operieren Frequenzen bis zu 1 GHz.[62]

Analoge ICs wie z. Sensoren, Stromverwaltungsschaltungen, und Operationsverstärker (Op-Amps), Prozess kontinuierliche Signaleund analoge Funktionen wie z. Verstärkung, Aktive Filterung, Demodulation, und Mischen.

ICs können analoge und digitale Schaltungen auf einem Chip kombinieren, um Funktionen wie z. Analog-Digital-Konverter und Digital-analog-Konverter. Solche Mischsignalkreise bieten eine geringere Größe und niedrigere Kosten, müssen jedoch Signalstörungen berücksichtigen. Vor den späten 1990er Jahren, Funkgeräte konnte nicht in der gleichen kostengünstigen Herstellung hergestellt werden CMOs Prozesse als Mikroprozessoren. Seit 1998 wurden jedoch Radio -Chips entwickelt, die verwendet werden RF CMOS Prozesse. Beispiele sind Intel's DECT Schnurloses Telefon oder 802.11 (W-lan) Chips erstellt von Atheros und andere Unternehmen.[63]

Moderne Distributoren für elektronische Komponenten unterkategorisieren integrierte Schaltkreise häufig:

Herstellung

Herstellung

Hauptartikel: Halbleiterherstellung
Wiedergabe eines kleinen Standardzelle mit drei Metallschichten (Dielektrikum wurde entfernt). Die sandfarbenen Strukturen sind Metall verbinden, mit den vertikalen Säulen, die Kontakte sind, typischerweise Stecker von Wolfram. Die rot kristallines Silizium Schüttgut.
Schematische Struktur von a CMOs Chip, wie in den frühen 2000er Jahren gebaut. Die Grafik zeigt LDD-MFFETs auf einem SOI-Substrat mit fünf Metallisationsschichten und Lötanlagen für Flip-Chip-Bindung. Es zeigt auch den Abschnitt für Feol (Frontend der Linie), Beol (Back-End of Line) und erste Teile des Back-End-Prozesses.

Das Halbleiter des Periodensystem des chemische Elemente wurden als die wahrscheinlichsten Materialien für a identifiziert fester Zustand Vakuumröhre. Beginnen mit Kupferoxid, weiterzumachen Germanium, dann SiliziumDie Materialien wurden in den 1940er und 1950er Jahren systematisch untersucht. Heute, monokristallines Silizium ist der Hauptteil Substrat verwendet für ICs, obwohl einige III-V Verbindungen des Periodischs wie zum Beispiel Galliumarsenid werden für spezielle Anwendungen wie verwendet LEDs, Laser, Solarzellen und die integrierten Schaltkreise mit höchster Geschwindigkeit. Es dauerte Jahrzehnte, bis perfekte Methoden des Schaffens Kristalle mit minimaler Mängel In halbleitenden Materialien ' Kristallstruktur.

Halbleiter ICs werden in a hergestellt Planarprozess Dies enthält drei wichtige Prozessschritte - Photolithographie, Ablagerung (wie z. chemische Gasphasenabscheidung), und Radierung. Die Hauptprozessschritte werden durch Dotierung und Reinigung ergänzt. Neuere oder Hochleistungs-ICs können stattdessen verwendet werden Multi-Gate Flossen oder Gaafet Transistoren anstelle von planaren, ab dem 22 -nm -Knoten (Intel) oder 16/14 nm Knoten.[64]

Monokristall-Silizium Wafer werden in den meisten Anwendungen (oder für spezielle Anwendungen verwendet, andere Halbleiter wie z. Galliumarsenid werden verwendet). Der Wafer muss nicht ganz Silizium sein. Photolithographie wird verwendet, um verschiedene Bereiche des Substrats zu markieren, um zu sein dotiert oder Polysilicium, Isolatoren oder Metall (typischerweise Aluminium- oder Kupfer-) Tracks abgelagert zu haben. Dotiermittel sind Verunreinigungen absichtlich in einen Halbleiter eingeführt, um seine elektronischen Eigenschaften zu modulieren. Dotierung ist der Prozess des Hinzufügens von Dotierstoffen zu einem Halbleitermaterial.

  • Integrierte Schaltungen bestehen aus vielen überlappenden Schichten, die jeweils durch Photolithographie definiert und normalerweise in verschiedenen Farben gezeigt werden. Einige Schichten markieren, wo verschiedene Dotierstoffe in das Substrat diffundiert werden (Diffusionsschichten genannt), einige definieren dort, wo zusätzliche Ionen implantiert werden (Implantatschichten), einige definieren die Leiter (dotiertes Polysilizium oder Metallschichten), und einige definieren die Verbindungen zwischen den leitenden Schichten (über oder Kontaktschichten). Alle Komponenten werden aus einer spezifischen Kombination dieser Schichten konstruiert.
  • In einem selbstausgerichteten CMOs Prozess, a Transistor wird überall dort gebildet, wo die Gate -Schicht (Polysilicium oder Metall) Kreuze eine Diffusionsschicht.[65]: S.1 (siehe Abb. 1.1)
  • Kapazitive Strukturen, in Form sehr ähnlich dem Parallele leitende Platten einer traditionellen Elektrik Kondensator, werden gemäß dem Bereich der "Platten" gebildet, mit Isoliermaterial zwischen den Platten. Kondensatoren einer Vielzahl von Größen sind bei ICs üblich.
  • Mäandernde Streifen unterschiedlicher Längen werden manchmal verwendet, um On-Chip zu bilden Widerstände, obwohl die meisten Logikschaltungen Benötigen Sie keine Widerstände. Das Verhältnis der Länge der Widerstandsstruktur zu ihrer Breite, kombiniert mit ihrem Blattwiderstand, bestimmt den Widerstand.
  • Seltener, Induktive Strukturen kann als winzige On-Chip-Spulen gebaut oder simuliert werden Gyratoren.

Da ein CMOS -Gerät nur auf dem Strom zeichnet Überleitung zwischen Logik ZuständeCMOS -Geräte verbrauchen viel weniger Strom als Bipolar -Junction -Transistor Geräte.

A Arbeitsspeicher ist die regelmäßigste Art der integrierten Schaltung; Die Geräte mit höchster Dichte sind daher Erinnerungen; Aber auch a Mikroprozessor wird Speicher auf dem Chip haben. (Siehe die reguläre Array -Struktur am unteren Rand des ersten Bildes.[die?]) Obwohl die Strukturen kompliziert sind - mit Breiten, die seit Jahrzehnten schrumpfen - bleiben die Schichten viel dünner als die Gerätebreiten. Die Materialebenen sind wie ein fotografischer Prozess hergestellt, obwohl Licht Wellen in dem sichtbares Spektrum Kann nicht verwendet werden, um eine Materialschicht "freizulegen", da sie für die Merkmale zu groß sind. Daher Photonen von höheren Frequenzen (typischerweise Ultraviolett) werden verwendet, um die Muster für jede Schicht zu erstellen. Weil jede Funktion so klein ist, Elektronenmikroskope sind wesentliche Werkzeuge für a Prozess Ingenieur, der es sein könnte Debuggen ein Herstellungsprozess.

Jedes Gerät wird vor der Verpackung mit automatisierten Testgeräten (ATE) in einem als bekannten Prozess getestet Waferprüfung, oder Waferprüfung. Der Wafer wird dann in rechteckige Blöcke geschnitten, von denen jeder als a genannt wird sterben. Jeder gute Würfel (Plural Würfel, stirbt, oder sterben) wird dann mit einem Paket miteinander verbunden Aluminium (oder Gold) Bonddrähte welche sind thermosonisch gebunden[66] zu Pads, normalerweise um den Rand des Würfels. Thermosonische Bindung wurde zunächst von A. coucoulas eingeführt, das ein zuverlässiges Mittel zur Herstellung dieser wichtigen elektrischen Verbindungen zur Außenwelt darstellte. Nach der Verpackung gehen die Geräte endgültige Tests auf demselben oder ähnlichen Aten durch, das während der Waferprüfung verwendet wird. Industrielles CT -Scannen kann auch benutzt werden. Die Testkosten können über 25% der Herstellungskosten für kostengünstigere Produkte ausmachen, können jedoch auf Geräte mit niedriger Rendite, größeren oder höheren Kosten vernachlässigbar sein.

Ab 2016, a Herstellungsanlage (allgemein bekannt als a Halbleiter Fab) kann für den Bau von mehr als 8 Milliarden US -Dollar kosten.[67] Die Kosten für eine Herstellungsanlage steigen im Laufe der Zeit aufgrund der zunehmenden Komplexität neuer Produkte; Dies ist bekannt als als Rocks Gesetz. Eine solche Einrichtung zeigt:

ICs können entweder im eigenen Haus hergestellt werden Hersteller integrierter Geräte (IDMS) oder verwenden die Gießereimodell. IDMs sind vertikal integrierte Unternehmen (wie Intel und Samsung) Das Design, die Herstellung und den Verkauf ihres eigenen ICS und kann anderen Unternehmen (letztere Unternehmen häufig Fabless -Unternehmen häufig) Design- und/oder Fertigungsdienste (Foundry) anbieten. Im Foundry -Modell Fabless -Unternehmen (wie Nvidia) Entwerfen und verkaufen nur ICs und lagern Sie alle Fertigung an die Fertigung an Reine Spielgießereien wie zum Beispiel TSMC. Diese Gießereien können IC -Designdienste anbieten.

Verpackung

Hauptartikel: Integrierte Schaltungsverpackung
Ein sowjetischer MSI nmos Chip wurde 1977 hergestellt, Teil eines 1970 entwickelten Vier-Chip-Taschenrechners, der 1970 entworfen wurde[69]

Die frühesten integrierten Schaltungen wurden in Keramik verpackt flache Packungen, das vom Militär weiterhin für seine Zuverlässigkeit und kleine Größe seit vielen Jahren verwendet wurde. Kommerzielle Schaltungsverpackungen bewegten sich schnell in die Dual-in-Line-Paket (Dip), zuerst in Keramik und später in Plastik, das üblicherweise ist Cresol-Formaldehyd-Novolac. In den 1980er Jahren überstieg die Pin -Anzahl von VLSI -Schaltkreisen die praktische Grenze für DIP -Verpackungen, was zu einer Pin -Raster -Array (PGA) und Leadless Chip Carrier (LCC) Pakete. Oberflächenhalterung Die Verpackung trat in den frühen 1980er Jahren auf und wurde Ende der 1980er Jahre populär. Sie verwendeten feinere Lead-Tonhöhe mit Leads, die entweder als Möwenflügel oder J-Lead gebildet wurden, wie es durch die veranschaulicht wurde Kleinausleitungen integrierter Schaltkreis (SOIC) -Paket - Ein Träger, der eine Fläche von etwa 30–50% weniger als einem äquivalenten Einbruch nimmt und typischerweise 70% dünner ist. Dieses Paket enthält "Möwenflügel" -Leads, die von den beiden langen Seiten und einem Leitabstand von 0,050 Zoll herausragen.

Ende der neunziger Jahre,, Plastikquad Flachpackung (PQFP) und Dünnes Verpackung mit kleinem Ausgang (TSOP) Pakete wurden für Hochstift-Zählgeräte am häufigsten, obwohl PGA-Pakete immer noch für High-End verwendet werden Mikroprozessoren.

Kugelgitteranordnung (BGA) Pakete existieren seit den 1970er Jahren. Flip-Chip-Kugel-Gitter-Array In den 1990er Jahren wurden Pakete entwickelt, die eine viel höhere Stiftanzahl als andere Pakettypen ermöglichen. In einem FCBGA-Paket ist der Würfel auf den Kopf gestellt (umgedreht) und stellt über ein Paketsubstrat, das einer gedruckten Kreisplatte und nicht durch Drähte ähnelt, mit den Paketbällen verbunden. FCBGA -Pakete ermöglichen eine Reihe von einer Reihe von Input-Output Signale (genannt Area-I/O), die über den gesamten Würfel verteilt werden sollen, anstatt auf die Die Peripherie beschränkt zu werden. BGA -Geräte haben den Vorteil, dass Sie keinen dedizierten Sockel benötigen, sind jedoch bei Gerätenausfällen viel schwieriger zu ersetzen.

Intel wechselte von PGA auf Landgitterarray (LGA) und BGA ab 2004, wobei die letzte PGA -Socket 2014 für mobile Plattformen veröffentlicht wurde. Ab 2018, AMD verwendet PGA -Pakete auf Mainstream -Desktop -Prozessoren.[70] BGA -Pakete auf mobilen Prozessoren,[71] und High-End-Desktop- und Server-Mikroprozessoren verwenden LGA-Pakete.[72]

Elektrische Signale, die den Stempel verlassen Spuren (Pfade) im Paket, über die Leads, die das Paket mit den leitenden Spuren des Verknüpfers verbinden gedruckte Leiterplatte. Die im Weg verwendeten Materialien und Strukturen, die diese elektrischen Signale bewegt werden, haben sehr unterschiedliche elektrische Eigenschaften im Vergleich zu denen, die in verschiedene Teile desselben Würfels reisen. Infolgedessen erfordern sie spezielle Designtechniken, um sicherzustellen, dass die Signale nicht beschädigt sind, und viel mehr elektrische Leistung als auf den Würfel selbst beschränkte Signale.

Wenn mehrere Stanze in ein Paket eingefügt werden, ist das Ergebnis a System im Paket, abgekürzt Schluck. EIN Multi-Chip-Modul (MCM), wird durch Kombination mehrerer Stanze auf einem kleinen Substrat erzeugt, das häufig aus Keramik besteht. Die Unterscheidung zwischen einem großen MCM und einer kleinen gedruckten Leiterplatte ist manchmal unscharf.

Verpackte integrierte Schaltkreise sind normalerweise groß genug, um Informationen zu identifizieren. Vier gemeinsame Abschnitte sind der Name oder Logo des Herstellers, die Teilenummer, eine Teilerzeugungs -Chargennummer und Seriennummerund ein vierstelliges Datumscode, um zu identifizieren, wann der Chip hergestellt wurde. Extrem klein Oberflächenmontechnologie Teile tragen oft nur eine Zahl, die im eines Herstellers verwendet wird Nachschlagwerk Um die Eigenschaften des integrierten Schaltkreises zu finden.

Das Herstellungsdatum wird üblicherweise als zweistelliges Jahr dargestellt, gefolgt von einem zweistelligen Wochen-Code, so dass ein Teil mit dem Code 8341 in Woche 41 von 1983 oder ungefähr im Oktober 1983 hergestellt wurde.

Geistiges Eigentum

Hauptartikel: Schutz des integrierten Schaltungslayouts

Die Möglichkeit des Kopierens, indem jede Schicht eines integrierten Stromkreises fotografiert und vorbereitet wird Fotomaschs Für seine Produktion auf der Grundlage der erhaltenen Fotografien ist ein Grund für die Einführung der Gesetzgebung zum Schutz von Layoutentwürfen. Die USA Semiconductor Chip Protection Act von 1984 etablierter Schutz des geistigen Eigentums für Fotomaschs zur Herstellung integrierter Schaltungen.[73]

Eine diplomatische Konferenz in Washington, DC im Jahr 1989, verabschiedete einen Vertrag über geistiges Eigentum in Bezug auf integrierte Schaltkreise.[74] Auch als Washington -Vertrag oder IPIC -Vertrag bezeichnet. Der Vertrag ist derzeit nicht in Kraft, wurde aber teilweise in die integriert REISEN Zustimmung.[75]

In einer Reihe von Ländern, einschließlich Japan, wurden nationale Gesetze zum Schutz der IC -Layoutentwürfe verabschiedet, einschließlich Japan,[76] das EC,[77] Großbritannien, Australien und Korea. Großbritannien hat das Urheberrecht, das Design und das Patentsgesetz von 1988, c. 48, § 213, nachdem es zunächst die Position eingenommen hatte, dass das Urheberrecht vollständig geschützte Chip -Topografien. Sehen British Leyland Motor Corp. gegen Armstrong Patents Co.

Kritik an Unzulänglichkeit des britischen Urheberrechtsansatzes, wie sie von den USA wahrgenommen werden Chipindustrie werden in weiteren Entwicklungen für Chiprechte zusammengefasst.[78]

Australien verabschiedete das Layouts Act von 1989 als a SUI generis Form des Chipschutzes. Korea bestand die Handlung über das Layout-Design von Halbleiter integrierten Schaltungen.

Generationen

Siehe auch: Liste der Beispiele der Halbleiterskala, MOS -integrierte Schaltung, und Transistorzahl

In den frühen Tagen einfacher integrierter Schaltkreise begrenzte die große Größe der Technologie jeden Chip auf nur wenige TransistorenUnd der geringe Integrationsgrad bedeutete, dass der Entwurfsprozess relativ einfach war. Herstellungsrenditen waren auch nach heutigen Maßstäben ziemlich niedrig. Wie Metal -Oxid -Jemonductor (MOS) -Technologie, Millionen und dann Milliarden von MOS -Transistoren könnte auf einen Chip platziert werden,[79] und gute Entwürfe erforderten eine gründliche Planung, wobei das Gebiet von entsteht elektronische Designautomatisierungoder eda. Einige SSI- und MSI -Chips wie Diskrete Transistoren, werden immer noch in Massenproduktion hergestellt, um alte Geräte aufrechtzuerhalten und neue Geräte zu bauen, die nur wenige Tore benötigen. Das 7400 Serie von Ttl Chips zum Beispiel sind ein geworden De facto Standard und bleibt in Produktion.

Akronym Name Jahr Transistorzahl[80] Logik -Tore Nummer[81]
SSI kleine Integration 1964 1 bis 10 1 bis 12
MSI Integration mit mittlerer Maßstab 1968 10 bis 500 13 bis 99
Lsi Große Integration 1971 500 bis 20 000 100 bis 9999
VLSI Sehr große Integration 1980 20 000 bis 1 000 000 10 000 bis 99 999
Ulsi Ultra-Large-Scale-Integration 1984 1 000 000 und mehr 100 000 und mehr

Integration kleiner Maßstab (SSI)

Die ersten integrierten Schaltungen enthielten nur wenige Transistoren. Frühe digitale Schaltkreise mit Zehntransistoren lieferten einige logische Tore und frühe lineare ICs wie die Plessey SL201 oder der Philips Taa320 hatte nur zwei Transistoren. Die Anzahl der Transistoren in einer integrierten Schaltung hat seitdem dramatisch zugenommen. Der Begriff "großer Integration" (LSI) wurde zuerst von verwendet IBM Wissenschaftler Rolf Landauer bei der Beschreibung des theoretischen Konzepts;[82] Dieser Begriff führte zu den Begriffen "kleinräumige Integration" (SSI), "mittelgroße Integration" (MSI), "Integration mit sehr großer Ebene" (VLSI) und "Ultra-Large-Scale-Integration" (ULSI ). Die frühen integrierten Schaltungen waren SSI.

SSI -Schaltungen waren für früh entscheidend Luft- und Raumfahrt Projekte und Luft- und Raumfahrtprojekte haben dazu beigetragen, die Entwicklung der Technologie zu inspirieren. Beide Minuteman -Rakete und Apollo -Programm benötigte leichte digitale Computer für ihre inertialen Anleitungssysteme. Obwohl die Apollo Guidance Computer LED und motivierte integrierte Kreislauf-Technologie,[83] Es war die Minuteman-Rakete, die sie zur Massenproduktion zwang. Das Minuteman Raketenprogramm und verschiedene andere Marine der Vereinigten Staaten Die Programme machten den gesamten Integrated Circuit Market in Höhe von 4 Millionen US -Dollar im Jahr 1962 und 1968 aus, die die US -Regierung für die US -Regierung für Platz und Verteidigung Nach wie vor 37% der Gesamtproduktion von 312 Mio. USD.

Die Nachfrage der US -Regierung unterstützte den aufstrebenden Markt für integriertes Schaltkreis, bis die Kosten genug fielen, um IC -Unternehmen zu ermöglichen, in die zu durchdringen industriell Markt und schließlich die Verbraucher Markt. Der Durchschnittspreis pro integrierter Schaltkreis sank von 50,00 USD im Jahr 1962 auf 2,33 USD im Jahr 1968.[84] Integrierte Schaltungen erschienen in Verbraucherprodukte Um die Jahrzehnt der 1970er Jahre. Eine typische Anwendung war Fm Die Soundverarbeitung zwischen Trägeren in Fernsehempfängern.

Die erste Anwendung Mos Chips waren SSI-Chips (Small-Scale Integration).[85] Folgen Mohamed M. AtallaVorschlag der MOS -integrierte Schaltung Chip im Jahr 1960,[86] Der früheste experimentelle MOS-Chip, der hergestellt werden soll RCA 1962.[30] Die erste praktische Anwendung von MOS -SSI -Chips war für NASA Satelliten.[85]

Integration mit mittlerer Maßstab (MSI)

Der nächste Schritt bei der Entwicklung integrierter Schaltungen führte Geräte ein, die Hunderte von Transistoren auf jedem Chip enthielten, die als "mittelbereitete Integration" (MSI) bezeichnet werden.

MOSFET -Skalierung Die Technologie ermöglichte es, Hochdichte-Chips zu bauen.[25] Bis 1964 hatten MOS -Chips höher erreicht Transistordichte und niedrigere Produktionskosten als bipolar Chips.[32]

Im Jahr 1964, Frank Wanlass zeigte einen 16-Bit-Einzelchip Schieberegister Er entwarf mit einem damals incredible 120 MOS -Transistoren auf einem einzigen Chip.[85][87] Das selbe Jahr, Allgemeine Mikroelektronik stellte den ersten Werbespot vor MOS -integrierte Schaltung Chip, bestehend aus 120 P-Kanal-Mos Transistoren.[31] Es war ein 20-Bit Schieberegister, entwickelt von Robert Norman[30] und Frank Wanlass.[88] MOS -Chips erhöhten die Komplexität mit einer Rate, die von vorhergesagt wurde Moores Gesetz, führt zu Chips mit Hunderten von Mosfets auf einem Chip Ende der 1960er Jahre.[32]

Große Integration (LSI)

Die Weiterentwicklung, die von denselben MOSFET-Skalierungstechnologie und wirtschaftlichen Faktoren angetrieben wurde, führte Mitte der 1970er Jahre zu einer "großflächigen Integration" (LSI) mit Zehntausenden von Transistoren pro Chip.[89]

Die Masken, die zur Verarbeitung und Herstellung von SSI-, MSI- und frühen LSI- und VLSI -Geräten (wie die Mikroprozessoren der frühen 1970er Jahre) verwendet wurden Rubylith-tape oder ähnlich.[90] Für große oder komplexe ICs (wie z. Erinnerungen oder Prozessoren), Dies wurde oft von speziell angeheuerten Fachleuten durchgeführt, Überprüfen Sie die Richtigkeit und Vollständigkeit von jeder Maske.

Integrierte Schaltungen wie 1K-Bit-Widder, Taschenrechnerchips und die ersten Mikroprozessoren, die Anfang der 1970er Jahre in moderaten Mengen hergestellt wurden, hatten unter 4.000 Transistoren. Wahre LSI-Schaltkreise, die sich 10.000 Transistoren näherten, wurden um 1974 für Computer-Haupterinnerungen und Mikroprozessoren der zweiten Generation produziert.

Integration von sehr großer Maßstab (VLSI)

Hauptartikel: Sehr große Integration
Obere Verbindungsschichten auf einem Intel 80486DX2 Mikroprozessor sterben

"Integration von sehr largen Maßstäben" (VLSI) ist eine Entwicklung, die in den frühen 1980er Jahren mit Hunderttausenden von Transistoren begonnen hat und ab 2016, Transistor zählt Wachsen Sie weiter über zehn Milliarden Transistoren pro Chip.

Es waren mehrere Entwicklungen erforderlich, um diese erhöhte Dichte zu erreichen. Die Hersteller zogen nach kleiner Mosfet Designregeln und Reinigungsmittelherstellungseinrichtungen. Der Weg der Prozessverbesserungen wurde von der zusammengefasst Internationale Technologie -Roadmap für Halbleiter (ITRS), das seitdem von der abgelöst wurde Internationale Roadmap für Geräte und Systeme (IRDS). Elektronische Designwerkzeuge Verbessert und macht es praktisch, Designs in einer angemessenen Zeit zu beenden. Desto energieeffizienter CMOs ersetzt Nmos und PMOsvermeiden eine unerschwingliche Zunahme von Energieverbrauch. Die Komplexität und Dichte moderner VLSI -Geräte machte es nicht mehr machbar, die Masken zu überprüfen oder das ursprüngliche Design von Hand zu machen. Stattdessen verwenden Ingenieure Eda Werkzeuge, um die meisten auszuführen Funktionale Überprüfung Arbeit.[91]

1986 One-Megabit Arbeitsspeicher (RAM) Chips wurden eingeführt, die mehr als eine Million Transistoren enthielten. Mikroprozessorchips haben 1989 die Millionstransistor-Marke und die Milliardentransistor-Marke im Jahr 2005 verabschiedet.[92] Der Trend dauert weitgehend unvermindert, wobei 2007 Chips eingeführt wurden, die zig Milliarden Gedächtnistransistoren enthalten.[93]

ULSI, WSI, SOC und 3D-IC

Weitere Informationen: Integration im Wafermaßstab, System auf einem Chip, und Three-dimensional integrated circuit

Um das weitere Wachstum der Komplexität widerzuspiegeln, den Begriff Ulsi Für "Ultra-Large-Scale Integration" wurde für Chips von mehr als 1 Million Transistoren vorgeschlagen.[94]

Integration im Wafermaßstab (WSI) ist ein Mittel, um sehr große integrierte Schaltkreise zu bauen, die einen gesamten Siliziumwafer verwenden, um einen einzigen "Super-Chip" zu erzeugen. Durch eine Kombination aus großer Größe und reduzierter Verpackung könnte WSI für einige Systeme zu dramatisch reduzierten Kosten führen, insbesondere massiv parallele Supercomputer. Der Name stammt aus dem Begriff, der eine sehr große Integration hat, der aktuelle Stand der Technik, als die WSI entwickelt wurde.[95]

A System-on-a-Chip (SOC oder SOC) ist eine integrierte Schaltung, in der alle für einen Computer oder andere System benötigten Komponenten in einem einzigen Chip enthalten sind. Das Design eines solchen Geräts kann komplex und kostspielig sein, und während die Leistungsvorteile durch die Integration aller benötigten Komponenten auf einen Stempel erhalten werden können, können die Kosten für die Lizenzierung und die Entwicklung einer Ein-Die-Maschine immer noch über separate Geräte überwiesen. Mit angemessener Lizenzierung werden diese Nachteile durch niedrigere Herstellungs- und Montagekosten und durch ein stark reduziertes Strombudget ausgeglichen: Da die Signale unter den Komponenten auf der Startseite gehalten werden, ist viel weniger Strom erforderlich (siehe Verpackung).[96] Darüber hinaus sind Signalquellen und Ziele physisch näher auf sterben, die Länge der Verkabelung und damit verringern Latenz, Übertragung Stromkosten und Abwärme aus der Kommunikation zwischen Modulen auf demselben Chip. Dies hat zu einer Erkundung von sogenannten geführt Netzwerk-On-Chip (NOC) Geräte, die System-on-Chip-Designmethoden auf digitale Kommunikationsnetzwerke anwenden, im Gegensatz zu traditionellen Busarchitekturen.

A Dreidimensionale integrierte Schaltung (3D-IC) verfügt über zwei oder mehr Schichten aktiver elektronischer Komponenten, die sowohl vertikal als auch horizontal in einen einzelnen Stromkreis integriert werden. Die Kommunikation zwischen Schichten verwendet die On-Die-Signalisierung, sodass der Stromverbrauch viel niedriger ist als in gleichwertigen getrennten Schaltungen. Der vernünftige Einsatz kurzer vertikaler Drähte kann die Gesamtdrahtlänge für einen schnelleren Betrieb erheblich verringern.[97]

Siliziumkennzeichnung und Graffiti

Um die Identifizierung während der Produktion zu ermöglichen, haben die meisten Siliziumchips eine Seriennummer in einer Ecke. Es ist auch üblich, das Logo des Herstellers hinzuzufügen. Seitdem ICs erstellt wurden, haben einige Chip-Designer die Siliziumoberfläche für heilige, nicht funktionierende Bilder oder Wörter verwendet. Diese werden manchmal als als bezeichnet Chip Art, Siliziumkunst, Silizium -Graffiti oder Silizium -Doodling.

ICS- und IC -Familien

Siehe auch

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Weitere Lektüre

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  • Baker, R.J. (2010). CMOs: Schaltungsdesign, Layout und Simulation (3. Aufl.). Wiley-ieee. ISBN 978-0-470-88132-3.
  • Marsh, Stephen P. (2006). Praktisches MMIC -Design. Artech House. ISBN 978-1-59693-036-0.
  • Camenzind, Hans (2005). Entwerfen von analogen Chips (PDF). Virtueller Bücherwurm. ISBN 978-1-58939-718-7. Archiviert von das Original (PDF) am 12. Juni 2017. Hans Camenzind erfand den 555 Timer
  • Hodges, David; Jackson, Horace; Saleh, Resve (2003). Analyse und Gestaltung digital integrierter Schaltkreise. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-228365-5.
  • Rabaey, J. M.; Chandrakasan, A.; Nikolic, B. (2003). Digital integrierte Schaltkreise (2. Aufl.). Pearson. ISBN 978-0-13-090996-1.
  • Mead, Schnitzer; Conway, Lynn (1980). Einführung in VLSI -Systeme. Addison Wesley Publishing Company. ISBN 978-0-201-04358-7.

Externe Links

  • Medien im Zusammenhang mit integrierten Schaltungen bei Wikimedia Commons

Allgemein

Patente

Herstellung integrierter Schaltkreis.