Микросхемы интегральные

Когда проблемой миниатюризации электронных плат занялись два выдающихся инженера Килби и Нойс (каждый работал самостоятельно), это привело к изобретению полупроводниковых интегральных микросхем. Изобретательская задача выглядела приблизительно так: «Каким образом полноразмерную печатную плату с напаянными транзисторами, конденсаторами и сопротивлениями уменьшить до размера спичечной коробки?» Разработчики, один из которых состоял в штате компании Texas Instruments, а другой был владельцем фирмы, выпускавшей полупроводниковые приборы, попытались втиснуть всю элементную базу в один полупроводниковый кристалл. Один из изобретателей работал с кристаллами германия, а другой искал подходы к кремнию. 

Патенты на изобретённые микросхемы обоими инженерами были получены в 1959 году. С этого момента был дан отсчёт конкурентной борьбе двух идей, которая благоприятно разрешилась перемирием и получением общей лицензии на коммерческое производство микрочипов. В 1961 году первые микрочипы появились на рынке электронных компонентов и стали использоваться в составе калькуляторов, благодаря чему размеры счётных устройств стали стремительно уменьшаться.

В Советском Союзе первый чип был разработан в 1961 году. ИМС на основе кремниевого кристалла сразу заинтересовала военных. Получив американские прототипы, советские разработчики приступили к созданию отечественной интегральной кремниевой схемы для системы наведения ракетного оружия. На доводку образца до серийного производства ушло несколько лет. Лишь в 1967 году с линии высокотехнологичного предприятия сошли первые серийные образцы, качество которых должно было подтверждаться ответственным военным специалистом.

По типу обрабатываемого сигнала ИМС классифицировались следующим образом:

1. Аналоговые интегральные микросхемы.
2. Цифровые.
3. Аналого-цифровые.

Советскими инженерами была предложена следующая классификация микросхем в привязке к объёму элементной базы, содержащейся на кристалле:

• до 100 транзисторов, резисторов, конденсаторов – малая схема;
• до 1 тыс. – средняя;
• до 10 тыс. – большая;
• 1 млн. – сверхбольшая;
• 1 млрд. – ультрабольшая.

Более миллиарда элементов в составе одного чипа именовалось гигабольшой интегральной схемой, но широкого распространения такие изделия не получили. Логика работы ИМС закладывалась на стадии разработки и производства, и изменяться не могла. Позже появились более совершенные логические интегральные микросхемы, рабочие параметры которых могли радикально изменяться путём программирования. С помощью отладочной среды задаётся желаемая принципиальная схема, после чего программируемая логическая схема переводится в новое состояние посредством программатора. Таким образом, изделие можно адаптировать к любой конкретной задаче, собрав из элементной базы ПЛИС нужную схему.

Новинки рынка

Инженеры Университета Иллинойса создали микрочипы на основе пластика. Это изобретение может произвести революцию в мире высокотехнологичных гаджетов. Число мобильных устройств и носимых гаджетов уже сегодня составляет несколько миллиардов и это колоссальное число с каждым годом увеличивается. Потенциал данного рынка огромен, однако, выпуск новинок сдерживается из-за дороговизны кремниевых чипов. Сотрудники лаборатории из Иллинойса разработали технологию производства чипов на основе пластика, что на порядок снизит стоимость готового изделия.

Чтобы не увеличивать количество брака, была реализована более простая 8-битная архитектура вместо 32-битной. Для простейших вычислительных устройств этого вполне достаточно. Путём оптимизации памяти удалось сократить количество транзисторов. Ещё более упростила устройство технология выполнения пункта инструкции за один такт. Схему с функциональными элементами наносят на тончайшую гибкую плёнку. Готовые интегральные микросхемы ИМС даже при сильном изгибе не утрачивают функциональности. 

Первый образец микрочипа на основе пластика имеет в своём составе 2105 полупроводников. Площадь устройства составляет 5,7 мм квадратных. Ввиду копеечной цены сфера использования таких микросхем неограниченна. Их можно клеить на упаковки с лекарствами, журнальные или газетные страницы. Цена в один цент позволяет использовать ИМС как одноразовый расходник.

Новые гаджеты

Рынок мобильных гаджетов и носимых устройств ежегодно пополняется десятками наименований, которые заинтересуют любого ценителя высоких технологий. К примеру, «умные» часы Apple Watch S8 позволяют связываться с абонентами мобильной связи, не вынимая телефон из кармана. С их помощью также можно управлять воспроизведением музыкальных композиций.

Высокотехнологичная «палка для селфи» DJI Osmo Mobile 6 компенсирует дрожание руки, обеспечивая плавную съёмку даже при интенсивной ходьбе и беге. «Палка» может вести объект съёмки, автоматически поворачивая закреплённый смартфон в его сторону. Девайс легко складывается и может переноситься в сумке или большом кармане. Заряда аккумулятора хватает на 6 часов непрерывной работы.

Роскошные беспроводные наушники нового поколения за счёт использования революционной цифровой интегральной микросхемы обеспечивают максимальное качество воспроизводимой музыки. Система шумоподавления компенсирует любые помехи, смещая их в область частот, где они уже не воспринимаются на слух. Устройство не боится влаги, ввиду чего может использоваться даже во время интенсивного бега и езды на велосипеде. Дождь наушникам также не страшен.

Безграничная миниатюризация

Разработчики стремятся сделать микросхемы всё меньше, разместив в них всё больше электронных компонентов. Одно из последних выдающихся достижений принадлежит инженерам Колумбийского университета, получивших однокристальную плату, которая легко умещается внутри просвета иголки медицинского шприца. Объём этого изделия составляет всего 0,1 кубический миллиметр. Это самый миниатюрный из известных компьютеров в мире. Рассмотреть устройство этой крохи можно лишь под мощным микроскопом. Правда, создатели столкнулись с проблемами при подключении платы, поскольку всё там настолько маленькое, что о пайке речь идти не может. Но здесь на помощь пришла технология передачи ультразвуковых волн.