การสร้างวงจรรวมขนาดใหญ่มาก

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ไบยังการนำทาง ไปยังการค้นหา
บทความนี้มีเนื้อหาที่สั้นมาก ต้องการเพิ่มเติมเนื้อหาหรือพิจารณารวมเข้ากับบทความอื่นแทน
รูปแสดง die ที่ใช้สร้างวงจรรวมด้วยกระบวนการ VLSI

การสร้างวงจรรวมขนาดใหญ่มาก (อังกฤษ: Very Large Scale Integration หรือ VLSI) เป็นกระบวนการในการสร้างวงจรรวม โดยการรวมทรานซิสเตอร์นับพันตัวให้อยู่ในชิปตัวเดียว VLSI เริ่มต้นในทศวรรษที่ 1970 เมื่อเทคโนโลยีของสารกึ่งตัวนำที่สลับซับซ้อน และเทคโนโลยีสื่อสารทั้งหลายกำลังถูกพัฒนา ไมโครโพรเซสเซอร์เป็นตัวอย่างหนึ่งของ VLSI

การพัฒนา[แก้]

ชิปเซมิคอนดักเตอร์ครั้งแรกประกอบด้วยสองทรานซิสเตอร์ มีการเพิ่มทรานซิสเตอร์มากขึ้นต่อมาและเป็นผลให้มีการทำงานของแต่ละหน้าที่มากขึ้น หรือหลายๆระบบถูกรวมเข้าด้วยกันตลอดช่วงเวลา วงจรรวมตัวแรกถูกทำขึ้นประกอบด้วยอุปกรณ์เพียงไม่กี่ตัว มากสุด อาจจะมีสักสิบไดโอด, ทรานซิสเตอร์, ตัวเก็บประจุและตัวต้านทาน ทำให้เป็นไปได้ที่จะบรรจุลอจิกเกทหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งเกทลงในอุปกรณ์เดียว ตามที่เรียกกันตอนนี้ว่า เป็นการรวมวงจรขนาดเล็ก (อังกฤษ: Small Scale Integration) หรือ SSI การปรับปรุงด้านเทคนิคต่อมานำไปสู่​​อุปกรณ์ที่มีหลายร้อยลอจิกเกทที่เรียกว่าการรวมวงจรขนาดกลาง (อังกฤษ: Medium Scale Integration) หรือ MSI การปรับปรุงเพิ่มเติม จะนำไปสู่ ​​การรวมวงจรขนาดใหญ่ (อังกฤษ: Large Scale Integration) หรือ LSI คือระบบที่มีอย่างน้อยหนึ่งพันลอจิกเกท เทคโนโลยีในปัจจุบันได้ขยายออกไปไกลจากจุดนี้ไปแล้ว และไมโครโปรเซสเซอร์ในปัจจุบันมีหลายล้านลอจิกเกทและพันล้านของ ทรานซิสเตอร์เดี่ยวๆ

ครั้งหนึ่ง มีความพยายามที่จะตั้งชื่อและปรับระดับต่างๆของการรวมกลุ่มขนาดใหญ่ที่สูงกว่า VLSI คำเช่นการสร้างวงจรรวมขนาดยิ่งใหญ่ (อังกฤษ: Ultra Large Scale Integration) หรือ ULSI ถูกนำมาใช้ แต่จำนวนมากของเกทและทรานซิสเตอร์ที่มีอยู่ใน อุปกรณ์ที่พบนำมาซึ่งความแตกต่างในการโต้แย้ง คำที่สูงกว่า VLSI จึงไม่ได้นำมาใช้งาน อย่างแพร่หลาย

ณ ต้นปี 2008 ตัวประมวลผลที่มีทรานซิสเตอร์เป็นพันล้านตัวได้ถูกใช้ในเชิงพาณิชย์ เรื่องนี้กลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นขณะที่การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูงจากรุ่นที่แล้ว ของกระบวนการ 65 นาโนเมตร การออกแบบในปัจจุบัน แตกต่างจากอุปกรณ์ที่เก่าแก่ที่สุด ที่ ใช้ระบบอัตโนมัติที่ครอบคลุมการออกแบบและการสังเคราะห์ตรรกะอัตโนมัติที่จะใช้วางตัวทรานซิสเตอร์ ที่ช่วยให้ความซับซ้อนในการทำงานของตรรกะที่สูงขึ้น บางบล็อกตรรกะที่มีประสิทธิภาพสูง เช่นเซลล์ SRAM (Static random-access memory) ยังได้รับการออกแบบด้วยมือ เพื่อให้แน่ใจว่ามีประสิทธิภาพสูงสุด เทคโนโลยี VLSI อาจจะย้ายไปยัง งานสร้างขนาดเล็กลงไปอีกต่อไป ด้วยการเปิดตัวของเทคโนโลยี NEMS (Nanoelectromechanical systems)

การออกแบบโครงสร้าง[แก้]

การออกแบบโครงสร้างของ VLSI เป็นวิธีการแบบแยกส่วนที่มีต้นตอมาจาก Carver Mead และ Lynn Conway เพื่อการประหยัดพื้นที่ชิป โดยการลดพื้นที่เชื่อมต่อระหว่างการผลิต สิ่งนี้สามารถทำได้โดยการจัดเตรียมซ้ำๆของบล็อกแมโครสี่เหลี่ยม ซึ่งสามารถเชื่อมต่อโดยการเดินสายให้ติดกัน ตัวอย่างเช่นมีการแบ่งรูปแบบของตัว adder ให้อยู่ในแถวของเซลล์ ชิ้นบิตเท่าๆกัน ในการออกแบบที่ซับซ้อน โครงสร้างนี้อาจจะทำได้โดยการลำดับชั้นการทำ nesting

การออกแบบโครงสร้าง VLSI ได้รับความนิยมในช่วงต้นปี 1980 แต่สูญเสียความนิยมในภายหลัง เพราะการถือกำเนิดของการจัดวางและเครื่องมือการกำหนดเส้นทางทำให้เกิด การสูญเสียจำนวนมากของพื้นที่โดยการกำหนดเส้นทาง ซึ่งเป็นที่ยอมทนรับเพราะความคืบหน้าของกฎของมัวร์ เมื่อมีการแนะนำภาษาคำอธิบายฮาร์ดแวร์ KARL ในกลางช่วงปี 1970 , Reiner Hartenstein ประกาศคำว่า "การออกแบบโครงสร้าง VLSI" (เดิมเป็น "การออกแบบโครงสร้าง LSI ") สะท้อนวิธี การเขียนโปรแกรมโครงสร้างของ Edsger Dijkstra โดยขั้นตอนการทำ nesting เพื่อหลีกเลี่ยงโปรแกรมโครงสร้างสปาเก็ตตี้ที่วุ่นวาย

ดูเพิ่ม[แก้]