современные интегральные микросхемы

Начало использования интегральных микросхем было положено в 60-ых годах прошлого столетия, когда появились первые образцы простейших цифровых интегральных микросхем, которые работали на биполярных транзисторах. Среди всего разнообразия трендовых направлений развития интегральных микросхем, следует выделить попытку перейти на уровень фотоники. Такие решения дают существенные изменения в мощности, скорости и надежности работы микропроцессорной техники.

Фотонные PICs-микросхемы: преимущества

Обычные кремниевые интегральные микросхемы уже достигли предела своих возможностей с частотой работы 10 ГГц. Единственным способом нарастить мощность и быстродействие остается переход на фотонику – способ взаимодействия, в котором основную роль играет передача сигналов с помощью PICs-микросхем. Эти фотонные интегральные микросхемы в промышленных поставках, пока что отсутствуют, поскольку даже теоретические разработки требуют усовершенствований как по обеспечению сложной настроечной периферии, так и по конструктивным особенностям.

Вместе с тем, фотонные разработки очень перспективны и могут снизить потребляемую мощность минимум на 50%. А самое важное – частоты, которые могут использоваться фотонными микросхемами увеличатся в 1000 – 10 000 раз. Такой спектр «классическая» кремниевая электроника не сможет использовать по чисто физическим причинам.

Приближаемся к фотонике: EnLigth256 и разработки Intel 

Среди реальных и действующих, хотя и в ограниченном количестве и направлении применения устройств, следует обязательно указать на уникальную израильскую разработку EnLigth256.

Впечатляющая производительность этого супер-процессора демонстрирует возможности фотоники: 8 триллионов операций в секунду. Однако на самом деле – это не чисто фотонный процессор, разработки которого продолжаются. EnLigth256 – гибридная схема DSP-процессора, существенно приближающая к решению проблемы создания нового поколения микропроцессорных устройств.

По сути дела, это соединение в одном устройстве с помощью аппаратных средств цифро-аналоговой системы, используемующая для передачи информации потоки света. Такие интегральные микросхемы АЦП содержит как узлы на фотоэлектронике, так и построенные на обычных электронных решениях кремниевой техники.

Intel не отстает в этих разработках, хотя пытается создать более приземленные и более востребованные решения. Например, в рамках своей амбициозной программы Silicon Photonics, создает и уже реализует оптические трансиверы и прочие технические решения с элементами фотоники.

Основное направление Intel – обслуживания дата-центров, где необходимы сверх-скорости и большие вычислительные мощности в компактных схемотехнических решениях.

«Потолочные» решения в кремниевом сегменте микропроцессоров

Впрочем, пока научно-исследовательские центры состязаются в изобретении схем стабильных и простых в использовании элементов фотоники, «кремниевая» электроника пытается использовать все свои возможности здесь и сейчас.

Одна из самых компактных и мощных версий микропроцессоров – толстопленочные версии микросхем. Существует несколько конструкций современных микросхем:

• обычная пленочная – применяется все реже;
• тонкопленочная – со слоем пленки, где вмонтированы элементы и с толщиной пленки менее 6 мкм;
• толстопленочная технология – та же пленочная конструкция, но с толщиной более 6 мкм.

Наибольшее распространение получили толстопленочные интегральные микросхемы. Несмотря на свой больший вес и габаритность, они дают возможность создать очень сложную структуру процессора, поднять показатели эффективности к максимальному уровню. Но у этих микросхем есть недостаток – в классической версии толстопленочной микросхемы располагают только так называемые «пассивные» элементы: индуктивные, резистивные, токопроводящие. Выход был найден, когда благодаря усовершенствованию схемы и конструкции удалось создать гибридные версии толстопленочных микросхем с размещением всего спектра активно-пассивных элементов.