ВУЗ:
Составители:
5
i486. Этот кристалл содержал 1,2 млн. транзисторов с минимальными размерами 1,5
мкм. Тактовая частота достигала 100 МГц.
В 1993 г. в микропроцессорной технике началась эра субмикронных СБИС. В
этом году компанией Intel был выпущен 32-разрядный процессор нового поколения
Pentium по технологии с минимальными размерами 0,8 мкм. Кристалл содержал 3,1
млн. транзисторов и работал на частоте 66 МГц. В дальнейшем, при переходе к тех-
нологиям 0,6-0,35 мкм, рабочие частоты были повышены до 120-200 МГц. В 1997 г.
создан процессор Pentium II, содержащий 7,5 млн. транзисторов. Первые модели
изготавливались по технологии 0,35 мкм, а с 1998 г. – по технологии 0,25 мкм. Так-
товые частоты достигали 400 МГц. В 1999 г. выпущен процессор Pentium III, содер-
жащий 8,5 млн. транзисторов. При использовании технологии 0,25 мкм тактовая
частота составила 450 МГц, а при переходе на технологию 0,18 мкм – 800 МГц. С
2000 г. изготовленные по технологии 0,15 мкм кристаллы работали на частоте 1
ГГц. Созданный в 2000 г. новый процессор Pentium 4 содержит на кристалле 42 млн.
транзисторов [4]. При минимальных размерах элементов 0,18 мкм тактовая частота
составляет 1,5 ГГц, а при размерах 0,13 мкм – более 2 ГГц. В 2000 г. компанией Intel
создан также 64-разрядный перспективный микропроцессор Itanium.
Эра субмикронных СБИС для приборов памяти наступила несколько раньше:
первые динамические оперативные запоминающие устройства (ДОЗУ) с минималь-
ными размерами элементов 0,8 мкм были выпущены в 1988 г. [5]. Это были кри-
сталлы информационной емкостью 4 Мбит. Дальнейшую эволюцию ДОЗУ можно
охарактеризовать следующими цифрами: 16 Мбит при 0,5 мкм в 1991 г., 64 Мбит
при 0,35 мкм в 1993 г., 256 Мбит при 0,18 мкм в 1999 г., 512 Мбит при 0,15 мкм в
2001 г.
Вместе с ОЗУ совершенствовались также микросхемы постоянных запоми-
нающих устройств (ПЗУ). Первое ПЗУ с возможностью стирания и перезаписи ин-
формации было разработано фирмой Intel в 1970 г. В настоящее время на основе
таких ПЗУ созданы и широко применяются программируемые логические инте-
гральные схемы (ПЛИС). Производимые по субмикронным технологиям ПЛИС со-
держат сотни тысяч и миллионы эквивалентных логических элементов и позволяют
разработчикам аппаратуры с использованием САПР быстро реализовать на их осно-
ве разнообразные устройства. Введение в состав ПЛИС специализированных бло-
ков, например ядер микропроцессоров, ОЗУ и др., значительно повышает техниче-
ские характеристики устройств, создаваемых на основе таких ПЛИС [6].
По данным [7] в предстоящем пятилетии минимальные размеры элементов
СБИС будут уменьшаться с 0,15 мкм в 2001 г. до 0,1 мкм в 2005 г. К 2014 г. размеры
элементов уменьшатся до 35 нм. Таким образом, элементная база СБИС в последнее
10-тилетие XX века и в первое 10-тилетие XXI века строится на основе субмикрон-
ных элементов. В России в настоящее время не менее трех предприятий имеют воз-
можность производить субмикронные СБИС с размерами 0,8-0,35 мкм [2].
6
Проектирование и производство субмикронных СБИС связано с решением
многих технических и экономических проблем.
Прежде всего – это проблемы субмикронной технологии. При переходе к
размерам диапазона 1-0,1 мкм требуется смена практически всего технологического
оборудования и использование новых процессов. Стоимость комплектов технологи-
ческого оборудования для производства субмикронных СБИС на пластинах боль-
шого диаметра чрезвычайно высока. В эпоху глобализации экономики это делает
целесообразным и необходимым расширение международного сотрудничества в
сфере проектирования и производства СБИС. Использование Internet облегчает ре-
шение этой проблемы.
Методы проектирования субмикронных СБИС также существенно отличают-
ся от ранее применявшихся. Основные отличия связаны с большой и все возрас-
тающей сложностью проектируемых изделий и требованиями к отсутствию ошибок
проектирования. Фактически СБИС представляют собой сложные микросистемы,
при разработке которых необходимо на различных уровнях описания системы (по-
веденческом, структурном, логическом, схемном, физическом) проводить проекти-
рование и моделирование (верификацию) сотен и тысяч модулей (блоков, узлов),
входящих в СБИС. Для этих целей применяются сложные маршруты (методики)
проектирования и используются развитые интегрированные САПР (Cadence, Mentor
Graphics, Tanner и др.) [8-10] . При создании сложных микросистем в последнее
время применяется новая методология, при которой на кристалле больших размеров
интегрируются крупные блоки и подсистемы (ядра – core) [11]. Эти ядра обычно
разрабатываются заранее для многократного применения в различных микросисте-
мах и хранятся в базе данных (БД) САПР. При создании сложных СБИС часто целе-
сообразно проводить одновременное проектирование физической структуры (HW –
hardware) и программного обеспечения (SW – software) – HW/SW-codesign. Автома-
тизированное проектирование и изготовление СБИС является одной из основных
задач современных информационных технологий.
Другой важной особенностью проектирования современных СБИС является
необходимость разработки и использования моделей, адекватно отражающих пове-
дение субмикронных элементов на различных уровнях описания микросистемы. Для
диапазона размеров элементов 0,1-1 мкм приходится учитывать в моделях многие
физические процессы и явления, которые были несущественными при больших раз-
мерах.
При переходе к размерам 0,1-0,01 мкм (100-10 нм) значительно изменяются
многие свойства и характеристики твердых тел [12]. Для этого диапазона размеров
элементов (нанометровый диапазон) начинают проявляться в полной мере кванто-
вые эффекты, что требует разработки принципиально новых моделей и методов
проектирования.
Следует отметить, что до настоящего времени у нас в стране практически от-
сутствовала литература по проектированию современных субмикронных СБИС.
