대규모 통합
Very Large Scale Integration |
초대형 집적회로(VLSI)는 수백만 개의 MOS 트랜지스터를 하나의 칩에 결합해 집적회로(IC)를 만드는 과정이다.VLSI는 1970년대 MOS 집적회로(Metal Oxide Semiconductor) 칩이 널리 채택되면서 복잡한 반도체와 통신기술 개발이 가능해졌다.마이크로프로세서와 메모리 칩은 VLSI 디바이스입니다.VLSI 기술이 도입되기 전에는 대부분의 IC는 수행할 수 있는 기능이 제한되어 있었습니다.전자회로는 CPU, ROM, RAM 및 기타 글루 로직으로 구성될 수 있습니다.VLSI를 통해 IC 설계자는 이 모든 것을 하나의 칩에 추가할 수 있습니다.
역사
배경
트랜지스터의 역사는 1920년대 여러 발명가들이 고체 다이오드의 전류를 제어하고 이를 트라이오드로 변환하기 위한 장치를 시도했던 때로 거슬러 올라간다.성공은 제2차 세계대전 후에 이루어졌는데, 당시 실리콘과 게르마늄 결정을 레이더 탐지기로 사용하면서 조작과 이론이 개선되었다.레이더를 연구하던 과학자들은 고체 소자 개발에 복귀했다.1947년 벨 연구소에서 최초의 트랜지스터가 발명되면서 전자제품 분야는 진공관에서 고체 소자로 바뀌었다.
작은 트랜지스터를 손에 들고 1950년대의 전기 기술자들은 훨씬 더 발전된 회로를 만들 수 있는 가능성을 보았다.그러나 회로의 복잡성이 증가함에 따라 문제가 발생했습니다.[1]한 가지 문제는 회로의 크기였습니다.컴퓨터와 같은 복잡한 회로는 속도에 의존했다.구성 요소가 큰 경우 서로 연결하는 와이어가 길어야 합니다.전기 신호가 회로를 통과하는 데 시간이 걸려서 컴퓨터가 [1]느려졌다.
잭 킬비와 로버트 노이스의 집적회로 발명은 모든 부품과 칩을 동일한 반도체 재료 블록(모놀리스)으로 만들어 이 문제를 해결했다.회로를 더 작게 만들고 제조 공정을 자동화할 수 있었습니다.이를 통해 단일 결정 실리콘 웨이퍼에 모든 구성요소를 통합한다는 아이디어가 생겨났고, 1960년대 초에는 소규모 통합(SSI)이 이루어졌고, 1960년대 후반에는 중간 규모의 통합(MSI)이 이루어졌습니다.
VLSI
제너럴 마이크로일렉트로닉스는 1964년에 [2]최초의 상업용 MOS 집적회로를 도입했습니다.1970년대 초, MOS 집적회로 기술은 하나의 [3]칩에 10,000개 이상의 트랜지스터를 집적할 수 있게 했다.1970년대와 1980년대에 VLSI는 하나의 칩에 수만 개의 MOS 트랜지스터(나중에 수십만 개, 그 다음에는 수백만 개, 지금은 수십억 개)를 탑재하여 기반을 닦았습니다.
첫 번째 반도체 칩은 각각 두 개의 트랜지스터를 가지고 있었다.이후의 진보는 더 많은 트랜지스터를 추가하였고, 그 결과 시간이 지남에 따라 더 많은 개별 기능 또는 시스템이 통합되었습니다.최초의 집적회로에는 10개의 다이오드, 트랜지스터, 저항기 및 캐패시터 등 몇 개의 소자만 내장되어 있어 하나의 소자로 하나 이상의 논리 게이트를 제작할 수 있었습니다.현재는 SSI(소급형 통합)로 소급하여 기술 향상에 따라 MSI(중규모 통합)로 알려진 수백 개의 로직 게이트를 갖춘 장치가 탄생했습니다.추가적인 개선으로 LSI(대규모 통합), 즉 최소 1,000개의 논리 게이트가 있는 시스템이 도입되었습니다.현재의 기술은 이 한계를 훨씬 넘어섰고 오늘날의 마이크로프로세서는 수백만 개의 게이트와 수십억 개의 개별 트랜지스터를 가지고 있습니다.
한때는 VLSI를 상회하는 대규모 통합의 다양한 레벨에 이름을 붙이고 보정하는 노력이 있었습니다.초대형 통합(ULSI)과 같은 용어가 사용되었습니다.그러나 일반적인 장치에서 사용할 수 있는 엄청난 수의 게이트와 트랜지스터는 이러한 미세한 차이를 만들어냈다.VLSI보다 높은 수준의 통합을 시사하는 용어는 더 이상 널리 사용되지 않습니다.
2008년에는 10억 개의 트랜지스터 프로세서가 상용화되었습니다.이는 반도체 제조가 당시 세대의 65nm 공정에서 발전함에 따라 더욱 보편화되었습니다.현재의 설계는 초기 디바이스와 달리 광범위한 설계 자동화 및 자동 논리 합성을 사용하여 트랜지스터를 배치함으로써 결과적으로 발생하는 논리 기능의 복잡성을 높입니다.SRAM(Static Random-Access Memory) 셀과 같은 고성능 로직 블록은 여전히 최고의 [citation needed]효율성을 보장하기 위해 수작업으로 설계되었습니다.
구조화 설계
구조화 VLSI 설계는 상호접속 패브릭 영역을 최소화함으로써 마이크로칩 영역을 절약하기 위해 Carver Mead와 Lynn Conway에 의해 개발된 모듈러 방식입니다.이것은 교대로 배선을 이용하여 상호 접속할 수 있는 직사각형 매크로 블록을 반복 배치하여 얻을 수 있다.예를 들어 가산기의 레이아웃을 동일한 비트 슬라이스 셀의 행으로 분할하는 것이 있습니다.복잡한 설계에서는 계층적 [4]중첩을 통해 이 구조를 달성할 수 있습니다.
구조화된 VLSI 설계는 1980년대 초에 인기를 끌었으나 배치 및 라우팅 툴의 출현으로 인해 나중에 인기를[citation needed] 잃었습니다. 이는 무어의 법칙의 진보로 인해 용인된 것입니다.1970년대 중반 하드웨어 기술 언어 KARL을 도입했을 때, 레이너 하텐슈타인은 "구조화된 VLSI 설계"(원래 "구조화된 LSI 설계")라는 용어를 만들어 냈으며, 이는 혼란스러운 스파게티 구조화 프로그램을 피하기 위한 프로시저 네스팅에 의한 에즈거 다이크스트라의 구조화된 프로그래밍 접근방식을 반영했다.
애로
테크놀로지의 확장에 의해 마이크로프로세서가 복잡해짐에 따라 마이크로프로세서 설계자는 설계면을 넘어서는 생각을 하지 않으면 안 되는 몇 가지 과제에 직면하여 포스트 실리콘을 내다보고 있습니다.
- 공정 변화 – 포토 리소그래피 기술이 광학의 기본 법칙에 가까워짐에 따라 도핑 농도와 식각 와이어의 높은 정밀도를 달성하는 것이 더욱 어려워지고 있으며 변화에 따라 오류가 발생하기 쉽습니다.이제 설계자는 칩이 생산 가능한 것으로 인정되기 전에 여러 제조 프로세스 코너에서 시뮬레이션을 수행하거나 시스템 수준의 기술을 사용하여 변동 효과를 처리해야 합니다.
- 보다 엄격한 설계 규칙– 리소그래피 및 식각 문제로 인해 레이아웃에 대한 설계 규칙 체크가 더욱 엄격해지고 있습니다.설계자는 커스텀 회선을 배치할 때 규칙 목록을 계속 늘려야 합니다.많은 디자인 회사들이 설계 프로세스를 자동화하기 위해 전자 설계 자동화(EDA) 도구로 전환하기로 선택하면서 맞춤 설계의 오버헤드는 이제 정점에 다다르고 있습니다.
- 타이밍/설계 종료– 클럭 주파수가 확대되는 경향이 있어 설계자는 칩 전체에 걸쳐 이들 고주파 클럭 간에 저주파수의 클럭 스큐를 분산하여 유지하는 것이 더욱 어려워지고 있습니다.이로 인해 모든 코어의 연산 능력을 사용함으로써 클럭 주파수가 낮아도 전체적인 속도 향상을 얻을 수 있기 때문에 멀티코어 및 멀티프로세서 아키텍처에 대한 관심이 높아지고 있습니다.
- 첫 번째 통과 성공 – 다이 크기가 줄어들고(스케일링으로 인해), 웨이퍼 크기가 증가함에 따라(제조 비용 절감으로 인해), 웨이퍼당 다이 수가 증가하고 적합한 포토마스크를 만드는 작업이 빠르게 증가합니다.현대 기술을 위한 마스크 세트는 수백만 달러가 들 수 있다.이러한 반복되지 않는 비용은 실리콘의 오류를 찾기 위해 몇 가지 "회전 주기"를 수반하는 오래된 반복적 철학을 억제하고, 1차 통과 실리콘의 성공을 촉진합니다.이러한 새로운 디자인 흐름을 지원하기 위해 DFM(Design for Manufacturing), DFT(Design for Test) 및 X(Design for X)를 포함한 몇 가지 디자인 철학이 개발되었습니다.
- 일렉트로마이그레이션
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ a b "The History of the Integrated Circuit". Nobelprize.org. Archived from the original on 29 Jun 2018. Retrieved 21 Apr 2012.
- ^ "1964: First Commercial MOS IC Introduced". Computer History Museum.
- ^ Hittinger, William C. (1973). "Metal-Oxide-Semiconductor Technology". Scientific American. 229 (2): 48–59. Bibcode:1973SciAm.229b..48H. doi:10.1038/scientificamerican0873-48. ISSN 0036-8733. JSTOR 24923169.
- ^ Jain, B. K. (August 2009). Digital Electronics - A Modern Approach by B K Jain. ISBN 9788182202153. Retrieved 2 May 2017.
추가 정보
- Baker, R. Jacob (2010). CMOS: Circuit Design, Layout, and Simulation, Third Edition. Wiley-IEEE. pp. 1174. ISBN 978-0-470-88132-3. http://CMOSedu.com/
- Weste, Neil H. E. & Harris, David M. (2010). CMOS VLSI Design: A Circuits and Systems Perspective, Fourth Edition. Boston: Pearson/Addison-Wesley. p. 840. ISBN 978-0-321-54774-3. http://CMOSVLSI.com/
- Chen, Wai-Kai (ed) (2006). The VLSI Handbook, Second Edition (Electrical Engineering Handbook). Boca Raton: CRC. ISBN 0-8493-4199-X.
{{cite book}}:author=범용명(도움말)이 있습니다. - Mead, Carver A. and Conway, Lynn (1980). Introduction to VLSI systems. Boston: Addison-Wesley. ISBN 0-201-04358-0.
{{cite book}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
