Еволюція інформаційних технологій 1 сторінка | Еволюція інформаційних технологій 2 сторінка | Еволюція інформаційних технологій 3 сторінка | Еволюція інформаційних технологій 4 сторінка | Еволюція інформаційних технологій 5 сторінка | Електронні обчислювальні машини | Принцип фон Неймана | Принцип відкритої архітектури | системи числення | Переклад цілих чисел |

загрузка...
загрузка...
На головну

Проблеми розвитку елементної бази

  1. Air Alert III - програма для розвитку стрибка
  2. I. Донаучний етап розвитку геологічних знань (від давнини до середини XVIII століття).
  3. I. ПРИЧИНИ ОБОСТРЕНИЯ КАДРОВОЇ ПРОБЛЕМИ НА ТЕЛЕБАЧЕННІ, В ЗМІ РОСІЇ
  4. I. ПРОБЛЕМИ Взаємодія ПРИРОДИ І СУСПІЛЬСТВА
  5. II. 1.5. ОСОБЛИВОСТІ РОЗВИТКУ ОСОБИСТОСТІ І емоційно-Вольова СФЕРИ
  6. II. Індивід, індивідуальність. Поняття особистості, фактори її формування і розвитку.
  7. II. філософські проблеми

Безсумнівно, що одним з головних чинників досягнення високої швидкодії, а значить, і високої продуктивності ЕОМ є побудова їх на новітній елементній базі. Зміна поколінь ЕОМ в значній мірі пов'язана з переходами на нові покоління елементної бази, що знаменують досягнення нових частотних діапазонів роботи схем в рамках доступних технологій. Елементна база служить показником технічного рівня розвитку країни, суспільства, цивілізації. Успіхи в створенні нової елементної бази визначаються передовими науковими і технічними досягненнями цілого ряду наук (фізики, хімії, оптики, механіки та ін.). Якість елементної бази є показником технічного прогресу.

Всі сучасні ЕОМ будуються на мікропроцесорних наборах, основу яких складають великі (БІС) і надвеликі інтегральні схеми (НВІС). Технологічний принцип розробки і виробництва інтегральних схем діє вже понад чверть століття. Він полягає в пошаровому виготовленні частин електронних схем по циклу «програма - малюнок - схема». За програмами на напилений фоторезісторний шар наноситься малюнок майбутнього шару мікросхеми. Потім малюнок протравливается, фіксується, закріплюється і ізолюється від нових шарів. На основі цього створюється просторова твердотільна структура. Наприклад, НВІС типу Pentium включає близько трьох з половиною мільйонів транзисторів, що розміщуються в пятислойной структурі.

Ступінь микроминиатюризации, розмір кристала ІС, продуктивність і вартість технології безпосередньо визначаються типом літографії. До теперішнього часу домінуючою залишалася оптична літографія, т. Е. Пошарові малюнки на фоторезистори мікросхем наносилися світловим променем. В даний час провідні компанії, що виробляють мікросхеми, реалізують кристали з розмірами приблизно 400-600 мм2 для процесорів (наприклад, Pentium) і 200-400 мм2 - Для схем пам'яті. Мінімальний топологічний розмір (товщина ліній) при цьому становить 0,25-0,135 мкм. Для порівняння можна навести такий приклад. Товщина людської волосини становить приблизно 100 мкм. Значить, при такому дозволі на товщині 100 мкм потрібно викреслювати більше двохсот ліній.

Подальші успіхи мікроелектроніки зв'язуються з електронної (лазерної), іонної і рентгенівської літографією. Це дозволяє вийти на розміри 0,13; 0,10 і навіть 0,08 мкм. Замість раніше використовуваних алюмінієвих провідників в мікросхемах повсюдно починають застосовувати мідні з'єднання, що дозволяє підвищити частоту роботи.

Такі високі технології породжують цілий ряд проблем. Мікроскопічна товщина ліній, порівнянна з діаметром молекул, вимагає високої чистоти використовуваних і напилюваної матеріалів, застосування вакуумних установок і зниження робочих температур. Дійсно, досить потрапляння найменшої порошинки при виготовленні мікросхеми - і вона потрапляє в шлюб. Тому нові заводи з виробництва мікросхем є унікальне обладнання, яке розміщується в «чистих приміщеннях класу 1», мікросхеми в яких транспортуються від устаткування до обладнання в замкнутих надчистих міні-атмосферах класу 1000. Міні-атмосфеpa створюється, наприклад, надчистого азотом або іншим інертним газом при тиску 10-4 Торр.

Зменшення лінійних розмірів мікросхем і підвищення рівня їх інтеграції змушують проектувальників шукати засоби боротьби з споживаної Wn і розсіюється Wp потужністю. При скороченні лінійних розмірів мікросхем в 2 рази, їх обсяги змінюються в 8 разів. Пропорційно цих цифр повинні змінюватися і значення Wn и Wp, в іншому випадку схеми будуть перегріватися і виходити з ладу. В даний час основою побудови всіх мікросхем була і залишається КМОП-технологія (комплементарні схеми, т. Е. Спільно використовують п и р-переходить в транзисторах зі структурою «метал - оксид - напівпровідник»).

Відомо що W = U * I. Напруга харчування сучасних мікросхем становить 3 - 2V. З'явилися схеми з напругою живлення, близьким до 1 V, що виходить за рамки прийнятих стандартів. Подальше зниження напруги небажано, так як завжди в електронних схемах повинно бути забезпечено необхідне співвідношення «сигнал-шум», яке гарантуватиме сталу роботу ЕОМ.

Протікання струму по мікроскопічних провідникам пов'язане з виділенням великої кількості тепла. Тому, створюючи надвеликі інтегральні схеми, проектувальники змушені знижувати тактову частоту роботи мікросхем. Максимальна частота fmax = 1011 -10 12 Гц доступна далеко не всім матеріалами: кремнію (Si), арсенід галію (GaAs) і деяким іншим. Тому вони найчастіше і використовуються в якості підкладок в мікросхемах.

Таким чином, перехід до конструювання ЕОМ на НВІС і ультраСБІС повинен супроводжуватися зниженням тактової частоти роботи схеми. Подальший прогрес у підвищенні продуктивності може бути забезпечений або за рахунок архітектурних рішень, або за рахунок нових принципів побудови і роботи мікросхем. Альтернативних шляхів розвитку проглядається не дуже багато. Так як мікросхеми НВІС не можуть працювати з високою тактовою частотою, то в ЕОМ майбутніх поколінь їх доцільно комплексірованние в системи. При цьому кілька НВІС повинні працювати паралельно, а злиття робіт у системі має забезпечувати надшвидкісні ІС (ССІС), які не можуть мати високий ступінь інтеграції.

Впровадження нових технологій виробництва мікропроцесорів відчуває і економічні проблеми. Наприклад, будівництво нового заводу з виробництва мікросхем з 0,13-мікронної технологією обходиться від 2 до 4 млрд. Дол. Це змушує шукати нові альтернативні шляхи побудови майбутніх ЕОМ. Інтенсивні пошуки йдуть з багатьох напрямків. Найбільш перспективними з них слід вважати:

· Створення молекулярних і біокомп'ютерів (нейрокомпьютеров);

· Розробку квантових комп'ютерів;

· Розробку оптичних комп'ютерів.

Зазначимо основні принципи їх побудови.

Молекулярні комп'ютери.У багатьох країнах проводяться досліди по синтезу молекул на основі їх стереохімічні генетичного коду, здатних змінювати орієнтацію і реагувати на дії струмом, світлом і т. П. Наприклад, вчені фірми Hewlett-Packard і Каліфорнійського університету (UCLA) довели принципову можливість створення молекулярної пам'яті ЕОМ на основі молекул Роксана. Тривають роботи зі створення логічних схем, вузлів і блоків. За оцінками вчених, подібний комп'ютер в 100 млрд. Раз буде економічніше сучасних мікропроцесорів.

Біокомп'ютери або нейрокомп'ютери.Ідея створення подібних комп'ютерів базується на основі теорії перцептрона - штучної нейронної мережі, здатної навчатися. Автором цих ідей був Ф. Розенблат. Він вказав, що структури, які мають властивості мозку і нервової системи, дозволяють отримати цілий ряд переваг:

· Паралельність обробки інформаційних потоків;

· Здатність до навчання та налаштування;

· Здатність до автоматичної класифікації;

· Більш високу надійність;

· Асоціативність.

Комп'ютери, що складаються з нейроподібних елементів, можуть шукати потрібні рішення за допомогою самопрограмування, на основі відповідності множин вхідних та вихідних даних. В даний час вже створені і використовуються програмні нейропакет, які доводять можливість побудови подібних машин на НВІС.

Квантові комп'ютери.Принцип роботи елементів квантового комп'ютера заснований на здатності електрона в атомі мати різні рівні енергії: Е0, Е1, ..., Еп. Перехід електрона з нижнього енергетичного рівня на більш високий пов'язаний з поглинанням кванта електромагнітної енергії - фотона. При випромінюванні фотона здійснюється зворотний перехід. Всіма подібними переходами можна управляти, використовуючи дію електромагнітного поля від атомного або молекулярного генератора. Цим виключаються спонтанні переходи з одного рівня на інший.

Основним же будівельним блоком квантового комп'ютера служить qubit - Quantum Bit, який може мати велике число станів. Для таких блоків визначено логічно повний набір елементарних функцій. Відомі експерименти зі створення RISC-процесора на RSFQ-логіці (Rapid Single Flux Quantum) і проекти створення петафлопного (1000 трильйонів операцій / сек) комп'ютерів.

Оптичні комп'ютери.Ідея побудови оптичного комп'ютера давно хвилює дослідників. Багато пристроїв ЕОМ використовують оптику в своєму складі: сканери, дисплеї, лазерні принтери, оптичні диски CD-ROM і DVD-ROM. З'явилися і успішно працюють оптоволоконні лінії зв'язку. Залишається створити пристрій обробки інформації з використанням світлових потоків. Здатність світла паралельно поширюватися в просторі дає можливість створювати паралельні пристрої обробки. Це дозволило б на багато порядків прискорити швидкодію ЕОМ.

Поки відсутні проекти створення чисто оптичних процесорів, але вже проводяться експерименти з проектування оптоелектронних і оптонейронних окремих пристроїв.

Які ж стан і прогноз розвитку мікропроцесорів в даний час?

На початку 2000 р основні конкуренти по виробництву інтегральних 32-розрядних мікросхем (архітектура IA-32) фірми Intel і AMD подолали рубіж f = 1 ГГц.

Фірма Intel випустила Pentium III (ядро Coppermine - 0,18 мкм техпроцес, кеш L2 - 256 Кбайт, формфактор - Slot1). У найближчому майбутньому слід очікувати виходу мікропроцесора Willamette (перехід на техпроцес - 0,13 мкм, кеш L1 - 256 Кбайт, кеш L2 - 0,5-1 Мбайт, формфактор - Soket 423, частота - 1,5 ГГц).

Останнім представником IA-32 оголошений мікропроцесор Foster, серверний варіант Willamette. Тут передбачається значне поліпшення всіх характеристик; його випуск намічений наприкінці 2001 р

Мікропроцесор Merced - перший 64-розрядний мікропроцесор (IA-64) (трирівнева кеш-пам'ять - 2-4 Мбайта, техпроцес - 0,18 мкм). Експериментальна версія цього виробу називається Itanium.

Комерційної версії Merced буде присвоєно ім'я McKinley. Очікується, що її характеристики будуть приблизно в 2 рази вище Itanium,

Фірма AMD продемонструвала свій мікропроцесор Athlon (ядро Thunderbild, кеш L1 - 128 Кбайт, кеш L2 - 512 Кбайт, форм-фактор - Soket A, Slot A - проміжний). Розвитком цього напрямку слід вважати мікропроцесор Mustang. Інтенсивно розробляється StedgeHammer - перший 64-розрядний мікропроцесор фірми AMD. Його частота роботи - вище 1,5 ГГц.



покоління ЕОМ | Сфери застосування і методи використання
загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати