Революция СБИС
Можем ли мы все представить себе день без наших смартфонов? Или прекратить пользоваться стиральными машинами, телевизорами и другой бытовой электроникой?
Большинство из нас не могут. В этом нет ничего удивительного, поскольку мы живем в мире, который каждые десять лет постоянно переживает технологическую революцию. Эта статья посвящена одной из важнейших сфер профессиональной деятельности инженеров-электронщиков - миру СБИС. Благодаря этой технологии родилась бытовая электроника, без которой наша жизнь была бы скучной.
Большинство из нас знает, что первыми формами ИС были триггеры, изобретенные Джеком Килби, и за эти годы электронные компоненты претерпели серьезные преобразования - от простых и громоздких электронных ламп к более эффективным полупроводникам. Но в прошлом, когда потребительский спрос рос, инженерам становилось трудно размещать больше схем. Таким образом, было развито искусство интеграции схем.
Для тех из вас, кто интересуется, как это поле дает рабочие места и в каких отраслях применяется эта технология, вот небольшой пример. Мы рассмотрим процесс изготовления СБИС в самой популярной отрасли - индустрии смартфонов.
Смартфон:
Когда мы берем любой смартфон и разбираем его, на задней стороне мы, скорее всего, обнаружим антенну GPS, MIMO (несколько входов, несколько выходов) и WIFI. Далее, внутри мы можем найти батарею и черную рамку, которая закрывает соседние части батареи. Иногда они состоят из двух частей, соединенных винтами. Как только средняя рамка удалена, вся материнская плата становится видимой. Они поставляются с металлическими листами или пластинами, которые в основном являются радиаторами для микросхем внизу. На материнской плате размещены передняя и задняя камеры. Материнские платы большинства бытовых электронных устройств выглядят чрезвычайно сложными. Обе стороны материнской платы содержат множество интегральных схем.
Например, некоторые базовые микросхемы, которые могут присутствовать, - это ИС управления питанием, ИС взлома огибающей, переключатель маршрутизации (для вашего интернет-соединения) и несколько усилителей мощности. Существует также флэш-память для памяти (хотя в старых версиях сотового телефона она могла иметь EEPROMS или EPROMS, сейчас чрезвычайно популярна флэш-память). В большинстве телефонов в наши дни неисправные ИС не могут быть заменены по отдельности, и, следовательно, любая проблема с микросхемами требует замены всей материнской платы. Они изготавливаются по технологии СБИС, производятся и собираются в разных частях света.
Кратко о процессе:
Давайте сделаем небольшой тур по этому процессу. Допустим, мы входим в компанию по производству полупроводников, производящую микросхемы. Что входит в процесс? Во-первых, он начинается с проектирования схем и удовлетворения требований.
Затем нужно подготовить основу. Кремниевые пластины получают из кремнезема (песка) и после завершения всех этапов первоначальной очистки отправляют на дальнейшее производство. Разработанная схема копируется на пластину с помощью «фотолитографического» процесса.
Вот некоторые из шагов:
- Схемотехника
- Определение архитектуры
- Идентификация взаимосвязи
- Логический дизайн (описание RTL)
- Физический дизайн
- Упаковка после изготовления
Эти шаги представляют собой лишь небольшое представление о процессе, в то время как с исходной технологией еще предстоит проделать большую работу. Таким образом, будущее СБИС и связанных с ними технологий выглядит достаточно ярким, и пока количество транзисторов увеличивается каждые два года (как предсказывал Гордон Мур), и пока потребительский спрос продолжает расти, этот сектор будет продолжать расти и процветать.
Вниманию читателя! Не переставай учиться сейчас. Ознакомьтесь со всеми важными концепциями теории CS для собеседований по SDE с помощью курса теории CS по доступной для студентов цене и будьте готовы к работе в отрасли.