Микросхемы логические
Есть вопросы? Напишите нам.
Какими станут компьютерная техника и умные гаджеты через несколько десятков лет? Разработчики логических интегральных микросхем напряжённо занимаются оптимизацией энергопотребления, повышением производительности и миниатюризацией этих устройств. Это позволяет допустить появление самых невообразимых носимых девайсов и ПК с совершенно диковинными характеристиками. Микрочипы на наших глазах превращаются в наноустройства, которыми можно снабдить буквально любую вещь, на порядок повысив её функциональность.
Вполне допустимо, что будущий компьютер будет представлять собой слой умной бумаги или полимерной плёнки, который одновременно станет выполнять функции клавиатуры и дисплея. Или это будет колба с разумной водой или нефтью, на основе которых ещё в 80-х годах успешно создавали ИИ, вроде бы даже на равных общавшихся со своими создателями.
Ещё лет 5 назад программируемые чипы занимали весьма скромный сегмент рынка электронных компонентов. Связано это было с низкой скоростью и небольшим числом логических вентилей. Но сегодня ситуация изменилась весьма существенно. Если до сих пор о перепрограммируемых микросхемах рассуждали как о высокотехнологичных игрушках, которым не место в составе серьёзного оборудования, то с возникновением скоростных цифровых логических микросхем интерес к ним со стороны разработчиков компьютерной техники и средств промышленной автоматизации сильно возрос. Современные перепрограммируемые схемы имеют до 10 миллионов логических вентилей и работают на частотах 300 МГц. Это позволяет их использовать для создания сложных контроллеров и цифровой обработки данных, компактных проигрывателей, смартфонов.
Во-вторых, разработка проектов на ПЛИС отнимает всего пару месяцев. Логические микрочипы обладают колоссальным потенциалом в части использования для создания нейрочипов. Подавляющего преимущества в этой области нет пока ни у одной страны мира, ввиду чего занять нишу стремятся даже молодые стартапы. Можно легко закупить ПЛИС в любых количествах и использовать их для моделирования нейронной сети. И хотя некоторые модели страдают при этом избыточностью архитектуры, всегда можно подобрать более адекватный для осуществления нейронных функций. В частности, компания Texas Instruments предлагает новейшие RISC-процессоры, наиболее подходящие для данной цели. Можно также аналогичные логические микросхемы купить у компаний Analog Devices, INTEL и SHARC.
Достоинства ПЛИС
Специализированные издания очень много внимания уделяют микросхемам и чипам, исследуя новинки, восхищаясь новыми возможностями. Однако при этом перепрограммируемые схемы зачастую остаются в тени. А зря. Микросхемы общего назначения могут исполнять любой алгоритм, но их скоростные характеристики оставляют желать много лучшего. Во всяком случае, сравнивать их со специализированными схемами, разработанными под заказ, нельзя. Но есть и такая возможность, как использование для конкретного приложения перепрограммируемой логической схемы, состояние блоков и принципиальная схема которых могут быть изменены применительно к решаемой задаче.
Если микросхемы общего назначения запрограммированы на стадии производства навсегда, то перепрограммируемая схема может меняться в процессе эксплуатации как угодно – в зависимости от того, какая топология соединений в данный момент необходима. Осуществляется это путём загрузки программы, определяющей конфигурацию межблочных соединений.
Альтернативы ПЛИС
В отличие от обычных микросхем, логика работы программируемой схемы во время производства не задаётся. По сути, разработчик имеет дело с конструктором, с помощью которого может мастерить всё что угодно. Для решения возникшей задачи создаётся необходимая принципиальная схема, которая затем реализуется программным методом.
Альтернативами программируемым логическим микросхемам являются:
-
Большая интегральная микросхема, созданная для решения конкретной задачи под заказ.
-
Микроконтроллер. Этот вариант гораздо медленнее ввиду необходимости выполнения пунктов программы, но для некоторых задач вполне подходит.
-
Удачно подобранные цифровые схемы с жёстко прошитой логикой, корректно решающие возникшую проблему.
-
Базовые матричные кристаллы, которые поддаются программированию в условиях высокотехнологичного производства.
Логические схемы и майнинг
Не исключено, что майнеры вскоре перейдут с ASIC на ПЛИС. Грандиозная адаптивность схемы, которую можно запрограммировать на решение любой актуальной задачи, открывает для опытных майнеров огромные перспективы.
Достоинства программируемых схем в майнинге:
-
считают в 10 раз быстрее GPU, потребляя столько же электричества;
-
могут гибко настраиваться и менять алгоритм работы;
-
являются прекрасной альтернативой видеокарте и центральному процессору.
Конечно, имеются у ПЛИС в этом деле и недостатки. Во-первых, стоят они очень много – дороже самых мощных асиков. Во-вторых, чтобы их запрограммировать, нужно иметь солидный багаж специальных знаний, из-за чего начинающие майнеры к данной теме не обращаются.
Разновидности логических схем
Вся электроника строится на транзисторах, конденсаторах, дросселях и сопротивлениях. Интегральная схема также включает все эти элементы в огромных количествах. Микроскопические детали выполнены на поверхности и в слоях кристалла, связаны они между собой токопроводящими дорожками в установленную разработчиком схему.
Типы логических микросхем по типу логики: диодно-транзисторная, резистивно-транзисторная, транзисторно-транзисторная. Также различают ИМС комбинационного, последовательного типа и триггеры.
ИИ проектирует ИМС
Специалисты Гугла недавно представили результаты исследования, в ходе которого искусственному интеллекту было предложено создать оптимальную архитектуру микрочипа, расположив микроблоки в наиболее подходящих местах с точки зрения производительности и скорости. ИИ показал фантастические результаты, превзойдя человека по всем параметрам.
Инженеры поразились своей косности, когда ИИ скомпоновал блоки не в рамках привычной строгой геометрии, а раскидав их по полю на идеальных позициях, которые совершенно не воспринимаются глазом перфекциониста. К тому же вместо месяцев (обычный срок работы над проектом) ИИ трудился всего 2 часа.