lunes, 15 de febrero de 2010

Definición de Microprocesador

El microprocesador es un tipo de circuito sumamente integrado. Los circuitos integrados, también conocidos como microchips o chips, son circuitos electrónicos complejos formados por componentes extremadamente pequeños formados en una única pieza plana de poco espesor de un material conocido como semiconductor. Hay microprocesadores que incorporan hasta 10 millones de transistores (que actúan como amplificadores electrónicos, osciladores o, más a menudo, como conmutadores), además de otros componentes como resistencias, diodos, condensadores y conexiones, todo ello en una superficie comparable a la de un sello postal.

    * Circuito integrado

Este circuito integrado, un microprocesador F-100, tiene sólo 0,6 cm2, y es lo bastante pequeño para pasar por el ojo de una aguja

Un microprocesador consta de varias secciones diferentes. La unidad aritmético-lógica (ALU, siglas en inglés) efectúa cálculos con números y toma decisiones lógicas; los registros son zonas de memoria especiales para almacenar información temporalmente; la unidad de control descodifica los programas; los buses transportan información digital a través del chip y de la computadora; la memoria local se emplea para los cómputos realizados en el mismo chip.

Los microprocesadores más complejos contienen a menudo otras secciones; por ejemplo, secciones de memoria especializadas denominadas memoria cache, que sirven para acelerar el acceso a los dispositivos externos de almacenamiento de datos. Los microprocesadores modernos funcionan con una anchura de bus de 64 bits (un bit es un dígito binario, una unidad de información que puede ser un uno o un cero): esto significa que pueden transmitirse simultáneamente 64 bits de datos.

Un cristal oscilante situado en el ordenador proporciona una señal de sincronización, o señal de reloj, para coordinar todas las actividades del microprocesador. La velocidad de reloj de los microprocesadores más avanzados es de unos 800 megahercios (MHz) —unos 800 millones de ciclos por segundo—, lo que permite ejecutar más de 1.000 millones de instrucciones cada segundo.
Memoria de Computadora

Como el microprocesador no es capaz por sí solo de albergar la gran cantidad de memoria necesaria para almacenar instrucciones y datos de programa (por ejemplo, el texto de un programa de tratamiento de texto), pueden emplearse transistores como elementos de memoria en combinación con el microprocesador.

Tipos de Memoria

    * Memoria de acceso aleatorio o RAM, memoria basada en semiconductores que puede ser leída y escrita por el microprocesador u otros dispositivos de hardware tantas veces como se quiera. Es una memoria de almacenamiento temporal, donde el microprocesador coloca las aplicaciones que ejecuta el usuario y otra información necesaria para el control interno de tareas; su contenido desaparece cuando se apaga el ordenador o computadora, de ahí que los datos que se quieran conservar a largo plazo se tengan que almacenar en los discos. RAM es un acrónimo del inglés Random Access Memory. El acceso a las posiciones de almacenamiento se puede realizar en cualquier orden, por eso se le llama memoria de acceso aleatorio. Intel introdujo el primer chip de RAM en 1970 y tenía una capacidad de 1 Kb. Actualmente la memoria RAM para computadoras personales se suele fabricar en módulos insertables llamados DIMM, SO-DIMM y SIMM, cuya capacidad alcanza los 512 Mb; una placa base puede tener varios de estos módulos.

Existen diversos tipos de memoria de acceso aleatorio:

    * La RAM estática (SRAM), conserva la información mientras esté conectada la tensión de alimentación, y suele emplearse como memoria cache porque funciona a gran velocidad.
    * La RAM dinámica (DRAM), es más lenta que la SRAM y debe recibir electricidad periódicamente para no borrarse. La DRAM resulta más económica que la SRAM y se emplea como elemento principal de memoria en la mayoría de las computadoras.
    * Memoria de sólo lectura o ROM, acrónimo de Read Only Memory, memoria basada en semiconductores que contiene instrucciones o datos que se pueden leer pero no modificar. En las computadoras IBM PC y compatibles, las memorias ROM suelen contener el software necesario para el funcionamiento del sistema y permanece aunque se apague el ordenador; este contenido se establece cuando se fabrican. Para crear un chip ROM, el diseñador facilita a un fabricante de semiconductores la información o las instrucciones que se van a almacenar. El fabricante produce entonces uno o más chips que contienen esas instrucciones o datos. Como crear chips ROM implica un proceso de fabricación, esta creación es viable económicamente sólo si se producen grandes cantidades de chips. Los diseños experimentales o los pequeños volúmenes son más asequibles usando PROM o EPROM. El término ROM se suele referir a cualquier dispositivo de sólo lectura, incluyendo PROM y EPROM.

    * Memoria programable de sólo lectura o PROM, acrónimo de Programmable Read Only Memory, tipo de memoria de sólo lectura (ROM) que permite ser grabada con datos mediante un hardware llamado programador de PROM. Una vez que la PROM ha sido programada, los datos permanecen fijos y no pueden reprogramarse. Dado que las ROM son rentables sólo cuando se producen en grandes cantidades, se utilizan memorias programables de sólo lectura durante las fases de creación del prototipo de los diseños. Nuevas PROM pueden grabarse y desecharse durante el proceso de perfeccionamiento del diseño.

    * Memoria programable y borrable de sólo lectura o EPROM, tipo de memoria, también denominada reprogramable de sólo lectura (RPROM, acrónimo inglés de Reprogrammable Read Only Memory). Las EPROM (acrónimo inglés de Erasable Programmable Read Only Memory) son chips de memoria que se programan después de su fabricación. Son un buen método para que los fabricantes de hardware inserten códigos variables o que cambian constantemente en un prototipo, en aquellos casos en los que producir gran cantidad de chips PROM resultaría prohibitivo. Los chips EPROM se diferencian de los PROM por el hecho de que pueden borrarse por lo general, retirando una cubierta protectora de la parte superior del chip y exponiendo el material semiconductor a radiación ultravioleta, después de lo cual pueden reprogramarse.

Microcontrolador

Un microprocesador no es un ordenador completo. No contiene grandes cantidades de memoria ni es capaz de comunicarse con dispositivos de entrada —como un teclado, un joystick o un ratón— o dispositivos de salida como un monitor o una impresora. Un tipo diferente de circuito integrado llamado microcontrolador es de hecho una computadora completa situada en un único chip, que contiene todos los elementos del microprocesador básico además de otras funciones especializadas. Los microcontroladores se emplean en videojuegos, reproductores de vídeo, automóviles y otras máquinas.

Semiconductores

Todos los circuitos integrados se fabrican con semiconductores, sustancias cuya capacidad de conducir la electricidad es intermedia entre la de un conductor y la de un no conductor o aislante. El silicio es el material semiconductor más habitual. Como la conductividad eléctrica de un semiconductor puede variar según la tensión aplicada al mismo, los transistores fabricados con semiconductores actúan como minúsculos conmutadores que abren y cierran el paso de corriente en sólo unos pocos nanosegundos (milmillonésimas de segundo). Esto permite que un ordenador pueda realizar millones de instrucciones sencillas cada segundo y ejecutar rápidamente tareas complejas.

El bloque básico de la mayoría de los dispositivos semiconductores es el diodo, una unión de materiales de tipo negativo (tipo n) y positivo (tipo p). Los términos "tipo n" y "tipo p" se refieren a materiales semiconductores que han sido dopados, es decir, cuyas propiedades eléctricas han sido alteradas mediante la adición controlada de pequeñísimas concentraciones de impurezas como boro o fósforo. En un diodo, la corriente eléctrica sólo fluye en un sentido a través de la unión: desde el material de tipo p hasta el material de tipo n, y sólo cuando el material de tipo p está a una tensión superior que el de tipo n. La tensión que debe aplicarse al diodo para crear esa condición se denomina tensión de polarización directa. La tensión opuesta que hace que no pase corriente se denomina tensión de polarización inversa.

Un circuito integrado contiene millones de uniones p-n, cada una de las cuales cumple una finalidad específica dentro de los millones de elementos electrónicos de circuito. La colocación y polarización correctas de las regiones de tipo p y tipo n hacen que la corriente eléctrica fluya por los trayectos adecuados y garantizan el buen funcionamiento de todo el chip.
Transistores

El transistor empleado más comúnmente en la industria microelectrónica se denomina transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor (MOSFET, siglas en inglés). Contiene dos regiones de tipo n, llamadas fuente y drenaje, con una región de tipo p entre ambas, llamada canal. Encima del canal se encuentra una capa delgada de dióxido de silicio, no conductor, sobre la cual va otra capa llamada puerta. Para que los electrones fluyan desde la fuente hasta el drenaje, es necesario aplicar una tensión a la puerta (tensión de polarización directa). Esto hace que la puerta actúe como un conmutador de control, conectando y desconectando el MOSFET y creando una puerta lógica que transmite unos y ceros a través del microprocesador.

Fabricación de Microprocesadores

Los microprocesadores se fabrican empleando técnicas similares a las usadas para otros circuitos integrados, como chips de memoria. Generalmente, los microprocesadores tienen una estructura más compleja que otros chips, y su fabricación exige técnicas extremadamente precisas.

La fabricación económica de microprocesadores exige su producción masiva. Sobre la superficie de una oblea de silicio se crean simultáneamente varios cientos de grupos de circuitos. El proceso de fabricación de microprocesadores consiste en una sucesión de deposición y eliminación de capas finísimas de materiales conductores, aislantes y semiconductores, hasta que después de cientos de pasos se llega a un complejo "bocadillo" que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador. Para el circuito electrónico sólo se emplea la superficie externa de la oblea de silicio, una capa de unas 10 micras de espesor (unos 0,01 mm, la décima parte del espesor de un cabello humano). Entre las etapas del proceso figuran la creación de sustrato, la oxidación, la litografía, el grabado, la implantación iónica y la deposición de capas.

La primera etapa en la producción de un microprocesador es la creación de un sustrato de silicio de enorme pureza, una "rodaja" de silicio en forma de una oblea redonda pulida hasta quedar lisa como un espejo. En la actualidad, las obleas más grandes empleadas en la industria tienen 200 mm de diámetro.

En la etapa de oxidación se coloca una capa eléctricamente no conductora, llamada dieléctrico. El tipo de dieléctrico más importante es el dióxido de silicio, que se "cultiva" exponiendo la oblea de silicio a una atmósfera de oxígeno en un horno a unos 1.000 ºC. El oxígeno se combina con el silicio para formar una delgada capa de óxido de unos 75 angstroms de espesor (un ángstrom es una diezmilmillonésima de metro).

Casi todas las capas que se depositan sobre la oblea deben corresponder con la forma y disposición de los transistores y otros elementos electrónicos. Generalmente esto se logra mediante un proceso llamado fotolitografía, que equivale a convertir la oblea en un trozo de película fotográfica y proyectar sobre la misma una imagen del circuito deseado. Para ello se deposita sobre la superficie de la oblea una capa fotosensible cuyas propiedades cambian al ser expuesta a la luz. Los detalles del circuito pueden llegar a tener un tamaño de sólo 0,25 micras.

Como la longitud de onda más corta de la luz visible es de unas 0,5 micras, es necesario emplear luz ultravioleta de baja longitud de onda para resolver los detalles más pequeños. Después de proyectar el circuito sobre la capa fotorresistente y revelar la misma, la oblea se graba: esto es, se elimina la parte de la oblea no protegida por la imagen grabada del circuito mediante productos químicos (un proceso conocido como grabado húmedo) o exponiéndola a un gas corrosivo llamado plasma en una cámara de vacío especial.

En el siguiente paso del proceso, la implantación iónica, se introducen en el silicio impurezas como boro o fósforo para alterar su conductividad. Esto se logra ionizando los átomos de boro o de fósforo (quitándoles uno o dos electrones) y lanzándolos contra la oblea a elevadas energías mediante un implantador iónico. Los iones quedan incrustados en la superficie de la oblea.

En el último paso del proceso, las capas o películas de material empleadas para fabricar un microprocesador se depositan mediante el bombardeo atómico en un plasma, la evaporación (en la que el material se funde y posteriormente se evapora para cubrir la oblea) o la deposición de vapor químico, en la que el material se condensa a partir de un gas a baja presión o a presión atmosférica. En todos los casos, la película debe ser de gran pureza, y su espesor debe controlarse con una precisión de una fracción de micra.

Los detalles de un microprocesador son tan pequeños y precisos que una única mota de polvo puede destruir todo un grupo de circuitos. Las salas empleadas para la fabricación de microprocesadores se denominan salas limpias, porque el aire de las mismas se somete a un filtrado exhaustivo y está prácticamente libre de polvo. Las salas limpias más puras de la actualidad se denominan de clase 1. La cifra indica el número máximo de partículas mayores de 0,12 micras que puede haber en un pie cúbico de aire (0,028 metros cúbicos). Como comparación, un hogar normal sería de clase 1 millón.
Historia del Microprocesador

El primer microprocesador fue el Intel 4004, producido en 1971. Se desarrolló originalmente para una calculadora, y resultaba revolucionario para su época. Contenía 2.300 transistores en un microprocesador de 4 bits que sólo podía realizar 60.000 operaciones por segundo. El primer microprocesador de 8 bits fue el Intel 8008, desarrollado en 1979 para su empleo en terminales informáticos. El Intel 8008 contenía 3.300 transistores. El primer microprocesador realmente diseñado para uso general, desarrollado en 1974, fue el Intel 8080 de 8 bits, que contenía 4.500 transistores y podía ejecutar 200.000 instrucciones por segundo. Los microprocesadores modernos tienen una capacidad y velocidad mucho mayores. Entre ellos figuran el Intel Pentium Pro, con 5,5 millones de transistores; el UltraSparc-II, de Sun Microsystems, que contiene 5,4 millones de transistores; el PowerPC G4, desarrollado conjuntamente por Apple, IBM y Motorola, con 7 millones de transistores, y el Alpha 21164A, de Digital Equipment Corporation, con 9,3 millones de transistores.
Tecnologías Futuras

La tecnología de los microprocesadores y de la fabricación de circuitos integrados está cambiando rápidamente. Se prevé que en 2010 los microprocesadores avanzados contengan unos 800 millones de transistores.

Se cree que el factor limitante en la potencia de los microprocesadores acabará siendo el comportamiento de los propios electrones al circular por los transistores. Cuando las dimensiones se hacen muy pequeñas, los efectos cuánticos debidos a la naturaleza ondulatoria de los electrones podrían dominar el comportamiento de los transistores y circuitos. Puede que sean necesarios nuevos dispositivos y diseños de circuitos a medida que los microprocesadores se aproximan a dimensiones atómicas. Para producir las generaciones futuras de microchips se necesitarán técnicas como la epitaxia por haz molecular, en la que los semiconductores se depositan átomo a átomo en una cámara de vacío ultraelevado, o la microscopía de barrido de efecto túnel, que permite ver e incluso desplazar átomos individuales con precisión.
Nerio Ramirez

TECNOLOGÍA DE CIRCUITOS INTEGRADOS

Sobre los tipos de circuitos integrados, la tecnología de producción y las aplicaciones.
1- CIRCUITOS LÓGICOS
El continuo incremento de la complejidad de circuitos y el paralelo desarrollo del poder del manejo de información mediante
computadoras permite la producción de alta integración por ordenador CID compuesta por el diseño asistido por computador
CAD y la producción asistida por computador CAM. Los primeros componentes lógicos se desarrollaron en las siguientes
etapas:
!Lógica de Diodo DL. Carece de ganancia de tensión y la señal se atenúa al conectar varios circuitos en cascada. La
tensión umbral de disparo es baja (0,7 V) y por ello tiene un pequeño margen de ruido. Resulta imposible la conexión en
cascada de la secuencia And-Or-And ya que si se desea la salida H (nivel alto equivalente al 1 lógico) se debe tener R1<R2 y
si se desea una salida L (nivel bajo equivalente al 0 lógico) se debe cumplir que R1>R2. Es imposible cumplir ambas
condiciones simultáneamente.
!Lógica Transistor-Resistencia RTL. Permite una ganancia interna y la función lógica inversora. Se requiere una tensión
de entrada lo suficientemente alta como para saturar al transistor. Al colocar varias entrada en paralelo se produce una sobresaturación
que disminuye la frecuencia de conmutación. La juntura, al cambiar de polarización directa a inversa, debe perder
las cargas acumuladas y determina de esta forma el tiempo de conmutación (fenómeno de recuperación inversa).
!Lógica Diodo-Transistor DTL. Solo se puede construir compuertas Nand pues absorben corriente de entrada con nivel L
y no entregan corriente de salida con nivel H. Se han logrado valores altos de fan-in (factor de carga de entrada; número de
compuertas del mismo tipo en paralelo a la entrada) y fan-out (factor de carga de salida; número de compuertas del mismo
tipo en paralelo a la salida). La tensión umbral es baja (2,1 V) y entrega una pobre inmunidad al ruido. DTL tiene el
problema que cuando la salida es H la impedancia es alta, mientras que cuando la salida es L la impedancia es nula. Esto
hace que la capacidad parásita de salida se cargue lentamente lo que perjudica la velocidad de conmutación. Lo ideal sería
tener en ambos casos una impedancia (lógica TTL).
!LOGICA TTL. Se obtiene a partir de DTL reemplazando el diodo de entrada por un transistor. Se utiliza un transistor de
entrada multiemisor y un circuito "totem" de salida (active pull up) con lo que se logra que conduzca un transistor por vez
disminuyendo de esta manera el consumo. En el momento de conmutar ambos TR pueden conducir a la vez drenando
corriente y produciendo ruido. La resistencia de colector limita dicha corriente. En TTL no se puede aumentar el fan-in
externamente. Como en ambas situaciones existe un TR de salida en conducción la impedancia de salida es siempre baja.
Esto elimina la posibilidad de la función "and por conexión", pero permite bajo tiempos de propagación (medido entre la
entrada y salida de un pulso a mitad de altura en la compuerta). El tiempo de propagación de DTL es de 30 nseg; en RTL es
de 12 nseg y en TTL de 10 nseg. Para aumentar la velocidad se recurre a transistores del tipo Schottky (transistor de Si con
un diodo metal-semiconductor entre base y colector) logrando tiempos de propagación del orden de 3 nseg. El diodo no
permite la saturación del TR incrementando la velocidad.
!LÓGICA ACOPLADA POR EMISOR ECL. Una segunda alternativa para impedir la saturación del TR e incrementar
la velocidad de conmutación de la compuerta es el uso de la lógica acoplada por emisor. Consiste en una entrada diferencial
donde de un lado se dispone de las entradas A y B y del otro una tensión de referencia obtenida desde un estabilizador en
temperatura mediante diodos. Las señales de entrada y salida son de bajo nivel (800 mV), con lo que no se llega a la
saturación, obteniendo tiempos de propagación de 1 o 2 nseg.
Como el circuito drena permanentemente corriente no produce ruido de conmutación pero dispone de un reducido margen de
ruido debido al uso de señales pequeñas. El consumo es sustancialmente superior en ECL. Mientras los niveles en TTL son
+2,5/+0,5 V en una impedancia de 75 ohm, en ECL son de -0,8/-1,8 V en la misma impedancia. Los circuitos TTL se usan
hasta velocidades de 34 Mb/s y ECL para velocidades superiores a 140 Mb/s.
!LÓGICA METAL-OXIDO SEMICONDUCTOR MOS. Con el propósito de reducir el consumo se aplica la lógica con
transistores MOS para la familia TTL. El funcionamiento se basa en el transistor de efecto de campo FET donde se dispone
de un pobre dopado entre la fuente S y el sumidero D (FET enhancement). Se requiere de una polarización directa para traer
portadores minoritarios desde el sustrato y generar una corriente eléctrica. El circuito con transistores FET-MOS tiene una
alta inmunidad al ruido y como la impedancia de salida es elevada presenta un valor de fan-out alto. En la configuración
CMOS con FET (MOS Complementarios) el consumo es muy bajo debido a que circula solo una corriente de fuga debido al
aislante de óxido. La densidad de integración se ve afectada debido a que sí bien no son necesarias "islas" para separar los
transistores los pasos de producción son muchos. El consumo es bajo pero la velocidad de conmutación no es muy elevada.
TECNOLOGÍA DE CIRCUITOS INTEGRADOS
1504-(2)
2- CIRCUITOS INTEGRADOS
2.1- GRAN ESCALA DE INTEGRACIÓN
Los circuitos integrados IC permiten una elevada densidad de componentes. Sucesivamente el número de compuertas en cada
IC ha aumentado, muchas veces ligado a nuevos conceptos en telecomunicaciones (Tabla 01). En la misma tabla se indica la
evolución hacia el futuro prevista en 1996.
Los circuitos semicustom o Gate Array están constituidos por columnas de compuertas con 4 transistores cada una separadas
por columnas vacías para colocar los contactos. Los productores de IC Gate Array reciben del diseñador el conexionado de
compuertas. Si el número de IC a producir es elevado se recurre al diseño a medida (IC Custom).
CARACTERÍSTICAS. La tecnología permite en la actualidad:
-CMOS hasta 200.000 gate/chip y hasta 100 Mb/s. CMOS no incluye, por lo tanto, la jerarquía sincrónica SDH.
-Si/bipolar trabaja hasta STM-16 en 2,5 Gb/s, la ECL hasta 0,7 y la SSI hasta 5 Gb/s;
-BICMOS (bipolar+CMOS) permite hasta 100.000 gate/chip y 200 Mb/s;
-AsGa (Arseniuro de Galio) permite hasta 10 Gb/s pero con elevado costo y complejidad.
-El AsGa se lo usa en la etapa de multiplexación de 2,5 Gb/s (SDH).
PRODUCCIÓN. Los IC se realizan mediante una técnica de producción con la siguiente secuencia que se muestra en la Fig
01:
-Por oxidación de un cristal de Silicio (substrato) en atmósfera húmeda a 1200°C, se obtiene una superficie de SiO2.
-Se coloca una laca o emulsión fotosensible para protección (polimerización).
-Una máscara con la estructura de la capa a ser realizada aísla la zona. Luego polimeriza mediante rayos ultravioleta.
-Mediante métodos químicos se elimina la laca fotosensible polimerizada.
-Se procede a la cauterización mediante ácido fluorhídrico para eliminar el óxido de Si.
-Se elimina la capa de laca mediante ácido sulfúrico.
-Implantación iónica o difusión de átomos aceptores (In,B,Ga) o donores (As,An,P).
2.2- DISEÑO DE MONTAJE SUPERFICIAL SMD
El encapsulado de los componentes discretos o de IC requiere de terminales conductores que necesitan zócalos o deben ser
semi-insertados en la plaqueta impresa mediante huecos. A frecuencias altas los terminales pueden afectar los parámetros de
los circuitos. Para reducir este problema se recurre a los componentes sin terminales SMD. Son circuitos de pequeño
contorno con varias decenas de terminales que se sueldan sobre el mismo circuito impreso.
En la Fig 01 se muestra el montaje de componentes SMD, la secuencia es la siguiente:
-Se dispone de la placa impresa lista para el ensamblaje.
-Se coloca una pasta de estaño o crema para la soldadura (aleación de microesferas de estaño, plomo y fundentes).
-Se posicionan los componentes quedando adheridos y soldados.
-Se suelda mediante reflujo con rayos IR o UV en un horno. El adhesivo se coloca mediante serigrafía o stencil.
-Se coloca un adhesivo en la cara inferior y se posicionan los componentes.
-Se suelda la cara inferior mediante una doble ola.
Se indica a continuación un ejemplo para determinar el beneficio derivado del uso de componentes SMD. Un IC
convencional de 64 terminales con una dimensión de 2,3 x 8,1 cm tiene una distancia entre terminales de 2,54 mm (mínimo
diámetro posible en los agujeros del circuito impreso) y ocupa una superficie de 18,6 cm2. Un SMD de igual función ocupa
un área de 5,3 cm2. La razón de ello es que la separación entre terminales es de 0,76 a 0,5 mm.
Tabla 01: Comparación de tecnologías de circuitos IC.
Denominación Densidad Línea Año y Aplicación
MSI Medium 102/chip --- 1965
LSI Large 103/chip 10 μm 1970-Central Digital
VLSI Very 105/chip 6 μm 1980
VLSI/CMOS 106/chip 3 μm 1985-Red ISDN
ULSI Ultra 107/chip 1 μm 1990-Celular Digital
Año 1995 1998 2001 2004 2007
Tamaño en um 0,35 0,25 0,18 0,12 0,10
Número de compuertas/chip 800K 2000K 5000K 10M 20M
Bits/chip de memoria RAM 64M 256M 1000m 4000M 16G
Número de niveles metálicos 4-5 5 5-6 6 6-7
Número de Input-output 750 1500 2000 3500 5000
TECNOLOGÍA DE CIRCUITOS INTEGRADOS
1504-(3)
Fig 01. Producción de circuitos integrados.
2.3- DIGRESIÓN: SUPERCONDUCTIVIDAD
La superconductividad es una propiedad característica de los metales
de reducir la resistencia eléctrica a valores insignificantes a
temperaturas suficientemente bajas. El descubrimiento se debe a
H.Onnes-1911 (ver la fotografía histórica anexa) cuando enfrió con
Helio líquido el Mercurio y obtuvo una reducción a cero de la
resistencia eléctrica a 4,2°K. Se trató de una curiosidad de
laboratorio hasta que J.Bednoiz y K.Muller-1986 (para la IBM
Zurich Laboratory) encontraron materiales superconductores a
temperaturas significativamente altas.
Es importante superar el valor umbral de 77°K, ya que por encima
de dicho valor se usa Nitrógeno líquido con un costo
substancialmente inferior al Helio líquido (0,10 $/lt contra 3 $/lt,
valores a 1990). Por ejemplo, con óxidos de Itrio-Bario-Cobre se
obtienen valores de 90°K. Incluso se han observado signos de
superconductividad cerca de los 240°K.
Una aplicación es el denominado efecto Josephson-1962 el cual
concluye que una supercorriente fluirá sin voltaje aplicado desde un
superconductor a otro. La barrera de aislación entre ambos se
denomina juntura Josephson. Además se predijo que el voltaje
aplicado a la juntura superconductora dará lugar a una corriente
alterna cuya frecuencia es proporcional al voltaje. Viceversa, si se aplica una señal de microondas se dispone de un voltaje
proporcional a la frecuencia.
TECNOLOGÍA DE CIRCUITOS INTEGRADOS
1504-(4)
El efecto Meissner predice que un superconductor tiene la habilidad de repeler campos magnéticos. La juntura Josephson
aplicada a la microelectrónica permitiría circuitos con una disipación despreciable, con una elevada densidad de integración.
Pueden construirse switch que cambien la resistencia eléctrica por incremento de la corriente o variación del campo
magnético. Sin embargo, un límite a la superconductividad es la densidad de corriente (108 A/cm2 en el primer monocristal
thin film con óxido superconductor reportado en 1987).
www.udistrital.edu.co/comunidad/profesores/jruiz/.../1504tci.pdf
Nerio Ramirez

Nueva tecnología para los circuitos integrados del futuro

Los páramos escoceses son el lugar del mundo que mas número de inventos ha producido por número de habitantes, o al menos eso es lo que tratan de justificar por allí. Y no nos extraña, el clima inhóspito da mucho tiempo para pensar.
Científicos de la Universidad de Glasgow, en colaboración con colegas de las universidades de Edinburgh, Manchester, Southamton y New York, han desarrollado una tecnología que ayudará a los diseñadores de microchip a crear los circuitos integrados del futuro.
Como parte de un proyecto piloto denominado NanoCMOS, se han desarrollado herramientas de simulación que toman ventaja de la tecnología grid computing para predecir cómo miles de millones de nano-transistores, cada uno con su propias variaciones a escala atómica no predecible se comportan dentro de un circuito.
Tal simulador ayudará a atajar el problema de "variabilidad estadística" dentro de los transistores, que es un obstáculo principal para continuar reduciendo el tamaño de los Complementary Metal-oxide Semiconductor (CMOS) en las generaciones de la tecnología de nano-escala del futuro.
Los transistores a nano-escala son el corazón de toda la electrónica moderna y juegan un papel vital en la economía digital del futuro.
Desde su invención en 1947, se consiguió que fuesen cada vez más pequeños y hoy en día podemos colocar miles de millones de transistores en una pequeña lámina de silicio.
Los transistores de hoy en día tienen longitudes de 40 nanómetros; mientras que un cabello humano tiene una anchura de 100.000 nanómetros. O sea, en el diámetro de un cabello caben 2.500 transistores. Pero cuanto más pequeño es, las imperfecciones y variaciones a escala atómica dentro de cada transistor es un problema. Las variaciones estadísticas entre transistores ocurren principalmente debido al número y posiciones de dopantes discretos – agentes químicos introducidos en el silicio para formar la estructura de los agentes individuales.
Esta variabilidad estadística significa que los circuitos, formados por millones de transistores para desarrollar circuitos más poderosos. Son necesarios nuevos diseños y circuitos que pueden tener en cuenta la variabilidad estadística.
Nerio Ramirez

Integrated circuits

Introducción
Synthetic detail of an integrated circuit through four layers of planarized copper interconnect, down to the polysilicon (pink), wells (greyish), and substrate (green). Detalle sintético de un circuito integrado a través de cuatro capas de cobre planarized de interconexión, hasta el polisilicio (rosa), Wells (gris), y el sustrato (verde).

Integrated circuits were made possible by experimental discoveries which showed that semiconductor devices could perform the functions of vacuum tubes , and by mid-20th-century technology advancements in semiconductor device fabrication . Los circuitos integrados fueron posibles gracias a descubrimientos experimentales que demostraron que los dispositivos semiconductores podría desempeñar las funciones de los tubos de vacío, y por el mid-20th-avances tecnológicos del siglo en la fabricación de dispositivos semiconductores. The integration of large numbers of tiny transistors into a small chip was an enormous improvement over the manual assembly of circuits using electronic components . La integración de un gran número de transistores de pequeño en un pequeño chip fue una enorme mejora sobre el montaje manual de los circuitos utilizando los componentes electrónicos. The integrated circuit's mass production capability, reliability, and building-block approach to circuit design ensured the rapid adoption of standardized ICs in place of designs using discrete transistors. La capacidad de producción en masa de los circuitos integrados, confiabilidad, y sistema de módulos básicos de diseño de circuitos garantizar la rápida adopción de los circuitos integrados estandarizados en lugar de diseños utilizando transistores discretos.

There are two main advantages of ICs over discrete circuits : cost and performance. Hay dos ventajas principales de la CSI sobre circuitos discretos: el costo y rendimiento. Cost is low because the chips, with all their components, are printed as a unit by photolithography and not constructed one transistor at a time. El costo es bajo debido a los chips, con todos sus componentes, son impresos como una unidad por fotolitografía y no se hayan construido un transistor en un momento. Furthermore, much less material is used to construct a circuit as a packaged IC die than as a discrete circuit. Por otra parte, mucho menos material se utiliza para construir un circuito, como un CI envasados morir que como un circuito discreto. Performance is high since the components switch quickly and consume little power (compared to their discrete counterparts) because the components are small and close together. El rendimiento es alto porque los componentes de cambiar rápidamente y consumen poca energía (en comparación con sus homólogos discretos), porque los componentes son pequeñas y están muy juntos. As of 2006, chip areas range from a few square millimeters to around 350 mm 2 , with up to 1 million transistors per mm 2 . A partir de 2006, las zonas de chips van desde unos pocos milímetros cuadrados a alrededor de 350 mm 2, con hasta 1 millón de transistores por mm 2.
[ edit ] Invention [Editar] Invención
Jack Kilby 's original integrated circuit S Jack Kilby «circuito integrado original

The idea of an integrated circuit was conceived by a radar scientist working for the Royal Radar Establishment of the British Ministry of Defence , Geoffrey WA Dummer (1909-2002), who published it at the Symposium on Progress in Quality Electronic Components in Washington, DC on May 7, 1952. [ 1 ] He gave many symposia publicly to propagate his ideas. La idea de un circuito integrado fue concebida por un científico de radar de trabajo para Establecimiento de la Real de radar del Ministerio británico de Defensa, Geoffrey WA Dummer (1909-2002), quien la publicó en el Simposio sobre Avances en la calidad de componentes electrónicos de Washington, DC el 7 de mayo de 1952. [1] ha dado a muchos simposios públicos para propagar sus ideas. Dummer unsuccessfully attempted to build such a circuit in 1956. Dummer intentó sin éxito construir un circuito en 1956.

The integrated circuit can be credited as being invented by both Jack Kilby of Texas Instruments [ 2 ] and Robert Noyce of Fairchild Semiconductor [ 3 ] working independently of each other. El circuito integrado se puede acreditar como inventado por tanto, Jack Kilby de Texas Instruments [2] y Robert Noyce de Fairchild Semiconductor [3], trabajando independientemente uno del otro. Kilby recorded his initial ideas concerning the integrated circuit in July 1958 and successfully demonstrated the first working integrated circuit on September 12, 1958. [ 2 ] In his patent application of February 6, 1959, Kilby described his new device as "a body of semiconductor material ... Kilby registrado sus ideas iniciales sobre el circuito integrado, en julio de 1958 y demostró con éxito el primer circuito integrado de trabajo el 12 de septiembre de 1958. [2] En su solicitud de patente del 6 de febrero de 1959, Kilby describió su nuevo aparato como "un cuerpo de semiconductores materiales ... wherein all the components of the electronic circuit are completely integrated." [ 4 ] en donde todos los componentes de los circuitos electrónicos están completamente integrados. "[4]

Kilby won the 2000 Nobel Prize in Physics for his part of the invention of the integrated circuit. [ 5 ] Robert Noyce also came up with his own idea of integrated circuit, half a year later than Kilby. Kilby recibió el Premio Nobel de Física 2000 por su parte de la invención del circuito integrado. [5] Robert Noyce también subió con su propia idea del circuito integrado, medio año después de Kilby. Noyce's chip had solved many practical problems that the microchip developed by Kilby had not. Chip Noyce había resuelto muchos problemas prácticos que el microchip desarrollado por Kilby no. Noyce's chip, made at Fairchild, was made of silicon , whereas Kilby's chip was made of germanium . Chip Noyce, hecha en el Fairchild, estaba hecha de silicio, mientras que el chip de Kilby fue hecho de germanio.

Early developments of the integrated circuit go back to 1949, when the German engineer Werner Jacobi ( Siemens AG ) filed a patent for an integrated-circuit-like semiconductor amplifying device [ 6 ] showing five transistors on a common substrate arranged in a 2-stage amplifier arrangement. Principios de la evolución del circuito integrado se remontan a 1949, cuando el ingeniero alemán Werner Jacobi (Siemens AG) presentó una patente para un sistema integrado de circuito de amplificación de dispositivos semiconductores, como [6] que muestra cinco transistores en un sustrato común dispuestas en un 2-fase acuerdo amplificador. Jacobi discloses small and cheap hearing aids as typical industrial applications of his patent. Jacobi revela audífonos pequeños y baratos como típico de las aplicaciones industriales de su patente. A commercial use of his patent has not been reported. Un uso comercial de su patente no ha sido reportado.

A precursor idea to the IC was to create small ceramic squares (wafers), each one containing a single miniaturized component. Una idea precursora de la IC fue la creación de pequeños cuadrados de cerámica (obleas), cada uno con un componente único en miniatura. Components could then be integrated and wired into a bidimensional or tridimensional compact grid. Componentes podrían ser integrados y por cable en una red compacta bidimensional o tridimensional. This idea, which looked very promising in 1957, was proposed to the US Army by Jack Kilby , and led to the short-lived Micromodule Program (similar to 1951's Project Tinkertoy ). [ 7 ] However, as the project was gaining momentum, Kilby came up with a new, revolutionary design: the IC. Esta idea, que parecía muy prometedor en 1957, se propuso al Ejército de los EE.UU. por Jack Kilby, y condujo a la corta duración micromódulos programa (similar a 1951's Project Tinkertoy). [7] Sin embargo, como el proyecto fue cobrando impulso, Kilby vino para arriba con un diseño nuevo y revolucionario: la IC.

The aforementioned Noyce credited Kurt Lehovec of Sprague Electric for the principle of pn junction isolation caused by the action of a biased pn junction (the diode) as a key concept behind the IC. [ 8 ] El citado crédito Noyce Kurt Lehovec de Sprague Electric para el principio de aislamiento unión pn causada por la acción de una unión pn parcial (el diodo) como un concepto clave detrás de la IC. [8]

See: Other variations of vacuum tubes for precursor concepts such as the Loewe 3NF . Véase: Otras variaciones de los tubos de vacío para los conceptos de precursores como el Loewe 3FN.
[ edit ] Generations [Editar] Generaciones
[ edit ] SSI, MSI and LSI [Editar] SSI, MSI y LSI

The first integrated circuits contained only a few transistors. Los primeros circuitos integrados sólo contenían unos pocos transistores. Called " Small-Scale Integration " ( SSI ), digital circuits containing transistors numbering in the tens provided a few logic gates for example, while early linear ICs such as the Plessey SL201 or the Philips TAA320 had as few as two transistors. Llamado "Small-Scale Integration (SSI), los circuitos digitales que contienen transistores de numeración en las decenas proporcionó una pocas puertas lógicas, por ejemplo, mientras que a principios VA lineal como el SL201 Plessey o el TAA320 Philips había tan sólo dos transistores. The term Large Scale Integration was first used by IBM scientist Rolf Landauer when describing the theoretical concept, from there came the terms for SSI, MSI, VLSI, and ULSI. El concepto de integración a gran escala fue utilizado por primera vez por IBM científico Rolf Landauer al describir el concepto teórico, de allí llegaron los términos para el SSI, MSI, VLSI, y ULSI.

SSI circuits were crucial to early aerospace projects, and vice-versa. Circuitos SSI fueron cruciales para los proyectos de la industria aerospacial, y viceversa. Both the Minuteman missile and Apollo program needed lightweight digital computers for their inertial guidance systems; the Apollo guidance computer led and motivated the integrated-circuit technology [ citation needed ] , while the Minuteman missile forced it into mass-production. Tanto los misiles Minuteman y programa Apolo necesarios equipos ligeros digital para sus sistemas de orientación inercial, el equipo de orientación Apollo condujo y motivó la tecnología de circuito integrado [cita requerida], mientras que los misiles Minuteman forzado a la producción en masa.

These programs purchased almost all of the available integrated circuits from 1960 through 1963, and almost alone provided the demand that funded the production improvements to get the production costs from $1000/circuit (in 1960 dollars) to merely $25/circuit (in 1963 dollars). [ citation needed ] They began to appear in consumer products at the turn of the decade, a typical application being FM inter-carrier sound processing in television receivers. Estos programas han comprado casi todos los circuitos integrados disponibles desde 1960 hasta 1963, y casi siempre solo la exigencia de que financió el mejoramiento de la producción para obtener los costes de producción de $ 1000/circuit (en dólares de 1960) a sólo $ 25/circuit (en 1963 dólares) . [cita requerida] Ellos comenzaron a aparecer en los productos de consumo a comienzos de la década, una típica aplicación es cosas de FM-compañía de procesamiento de sonido en los receptores de televisión.

The next step in the development of integrated circuits, taken in the late 1960s, introduced devices which contained hundreds of transistors on each chip, called " Medium-Scale Integration " ( MSI ). El siguiente paso en el desarrollo de circuitos integrados, adoptado a finales de 1960, introdujo dispositivos que contenían cientos de transistores en cada chip, llamado "medio-Scale Integration" (MSI).

They were attractive economically because while they cost little more to produce than SSI devices, they allowed more complex systems to be produced using smaller circuit boards, less assembly work (because of fewer separate components), and a number of other advantages. Ellos eran atractivas económicamente porque mientras más bajo costo para producir que los dispositivos de SSI, que permite sistemas más complejos para ser fabricados con tableros de circuitos cada vez menores, los trabajos de montaje inferior (debido a menos componentes por separado), y una serie de otras ventajas.

Further development, driven by the same economic factors, led to " Large-Scale Integration " ( LSI ) in the mid 1970s, with tens of thousands of transistors per chip. El desarrollo, impulsado por los mismos factores económicos, propició "Large-Scale Integration (LSI) en la década de 1970, con decenas de miles de transistores por chip.

Integrated circuits such as 1K-bit RAMs, calculator chips, and the first microprocessors, that began to be manufactured in moderate quantities in the early 1970s, had under 4000 transistors. Los circuitos integrados, tales como 1K-RAM bits, los chips de la calculadora, y los microprocesadores en primer lugar, que comenzó a fabricarse en cantidades moderadas en la década de 1970, había en 4000 transistores. True LSI circuits, approaching 10000 transistors, began to be produced around 1974, for computer main memories and second-generation microprocessors. True circuitos LSI, acercándose 10000 transistores, comenzaron a ser producidas alrededor de 1974, de memorias de ordenador principal y los microprocesadores de segunda generación.
[ edit ] VLSI [Editar] VLSI
Main article: Very-large-scale integration Artículo principal: Very-integración a gran escala
Upper interconnect layers on an Intel 80486 DX2 microprocessor die. Interconexión de capas en la parte superior del microprocesador un 80486 de Intel DX2 morir.

The final step in the development process, starting in the 1980s and continuing through the present, was "very large-scale integration" ( VLSI ). El paso final en el proceso de desarrollo, a partir de la década de 1980 y continuando hasta el presente, era "muy integración a gran escala (VLSI). The development started with hundreds of thousands of transistors in the early 1980s, and continues beyond several billion transistors as of 2009. El desarrollo comenzó con cientos de miles de transistores en la década de 1980, y continúa más allá de varios miles de millones de transistores a partir de 2009.

There was no single breakthrough that allowed this increase in complexity, though many factors helped. No hubo un solo logro que permitió que este aumento en la complejidad, aunque muchos factores ayudaron. Manufacturers moved to smaller rules and cleaner fabs, so that they could make chips with more transistors and maintain adequate yield. Los fabricantes se trasladó a las normas más pequeños y menos contaminantes fábricas de, por lo que pueden hacer chips con más transistores y mantener el rendimiento adecuado. The path of process improvements was summarized by the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS). Design tools improved enough to make it practical to finish these designs in a reasonable time. El camino de la mejora de los procesos fue resumida por el Plan de Trabajo Internacional de Tecnología de Semiconductores (ITRF). Herramientas de diseño mejorado lo suficiente como para que sea práctico para terminar estos diseños en un tiempo razonable. The more energy efficient CMOS replaced NMOS and PMOS , avoiding a prohibitive increase in power consumption. La energía más CMOS eficiente sustituye NMOS y PMOS, evitando un aumento de prohibición en el consumo de energía. Better texts such as the landmark textbook by Mead and Conway helped schools educate more designers, among other factors. Los textos como el mejor libro de texto histórico por Mead y Conway ayudaron a educar a las escuelas más diseñadores, entre otros factores.

In 1986 the first one megabit RAM chips were introduced, which contained more than one million transistors. En 1986, la primera chips de RAM megabits fueron introducidas, que contenía más de un millón de transistores. Microprocessor chips passed the million transistor mark in 1989 and the billion transistor mark in 2005 [ 9 ] . Chips de microprocesador pasado la marca del millón de transistores en 1989 y la marca de mil millones de transistores en 2005 [9]. The trend continues largely unabated, with chips introduced in 2007 containing tens of billions of memory transistors [ 10 ] . La tendencia continúa en gran medida sin disminuir, con chips introducido en 2007 que contiene decenas de miles de millones de transistores de memoria [10].
[ edit ] ULSI, WSI, SOC and 3D-IC [Editar] ULSI, WSI, SOC y en 3D-IC

To reflect further growth of the complexity, the term ULSI that stands for "ultra-large-scale integration" was proposed for chips of complexity of more than 1 million transistors. Para reflejar un mayor crecimiento de la complejidad, el término ULSI que significa "ultra-integración a gran escala" fue propuesto para los chips de la complejidad de más de 1 millón de transistores.

Wafer-scale integration (WSI) is a system of building very-large integrated circuits that uses an entire silicon wafer to produce a single "super-chip". Wafer-integración a gran escala (WSI) es un sistema de construcción muy grandes circuitos integrados que utiliza una oblea de silicio para producir un todo único "súper-chip". Through a combination of large size and reduced packaging, WSI could lead to dramatically reduced costs for some systems, notably massively parallel supercomputers. A través de una combinación de gran tamaño y embalaje reducido, WSI podría llevar a reducir drásticamente los costes de algunos sistemas, en particular supercomputadoras masivamente paralelas. The name is taken from the term Very-Large-Scale Integration, the current state of the art when WSI was being developed. El nombre es tomado del término de muy gran escala de integración, el estado actual de la técnica de WSI, cuando se estaba desarrollando.

A system-on-a-chip (SoC or SOC) is an integrated circuit in which all the components needed for a computer or other system are included on a single chip. Un sistema-en-un-(chip SoC o SOC) es un circuito integrado en el que todos los componentes necesarios para un ordenador u otro sistema se incluyen en un único chip. The design of such a device can be complex and costly, and building disparate components on a single piece of silicon may compromise the efficiency of some elements. El diseño de estos dispositivos puede ser compleja y costosa, y la creación de componentes dispares en una única pieza de silicio, pueden comprometer la eficacia de algunos elementos. However, these drawbacks are offset by lower manufacturing and assembly costs and by a greatly reduced power budget: because signals among the components are kept on-die, much less power is required (see Packaging ). Sin embargo, estos inconvenientes se ven compensados por los menores costes de fabricación y montaje y de un presupuesto muy reducido de energía: porque las señales entre los componentes se mantienen en el chip, mucho menos energía es necesaria (véase el embalaje).

A three-dimensional integrated circuit (3D-IC) has two or more layers of active electronic components that are integrated both vertically and horizontally into a single circuit. Un circuito integrado de tres dimensiones (3D-IC) tiene dos o más capas de componentes electrónicos activos que están integrados verticalmente y horizontalmente en un solo circuito. Communication between layers uses on-die signaling, so power consumption is much lower than in equivalent separate circuits. Comunicación entre las capas de usos on-die de señalización, de modo que el consumo de energía es mucho menor que en equivalente de circuitos separados. Judicious use of short vertical wires can substantially reduce overall wire length for faster operation. El uso sensato de corta alambres verticales pueden reducir sustancialmente longitud de cable global para un funcionamiento más rápido.
[ edit ] Advances in integrated circuits [Editar] Los avances en circuitos integrados
The integrated circuit from an Intel 8742, an 8-bit microcontroller that includes a CPU running at 12 MHz, 128 bytes of RAM , 2048 bytes of EPROM , and I/O in the same chip. El circuito integrado de un Intel 8742, un 8-microcontrolador bits que incluye una CPU corriendo a 12 MHz, 128 bytes de memoria RAM, 2048 bytes de EPROM, y de E / S en el mismo chip.

Among the most advanced integrated circuits are the microprocessors or " cores ", which control everything from computers to cellular phones to digital microwave ovens . Entre los circuitos integrados más avanzados son los microprocesadores o "cores", que controlan todo, desde computadoras a teléfonos celulares a los hornos de microondas digitales. Digital memory chips and ASICs are examples of other families of integrated circuits that are important to the modern information society . Los chips de memoria digital y ASICs son ejemplos de otras familias de los circuitos integrados que son importantes para la sociedad de la información moderna. While the cost of designing and developing a complex integrated circuit is quite high, when spread across typically millions of production units the individual IC cost is minimized. Si bien el costo de diseñar y desarrollar un circuito integrado complejo es bastante alto, si se extendiera a toda típicamente millones de unidades de producción el costo IC individual se minimiza. The performance of ICs is high because the small size allows short traces which in turn allows low power logic (such as CMOS ) to be used at fast switching speeds. El rendimiento de los circuitos es alto porque el pequeño tamaño permite huellas a corto que a su vez permite que la lógica de poder bajo (como CMOS) que se utilizarán en el cambio rápido de velocidades.

ICs have consistently migrated to smaller feature sizes over the years, allowing more circuitry to be packed on each chip. VA siempre han emigrado a los tamaños más pequeños característica de los años, permitiendo que más circuitos para ser envasados en cada chip. This increased capacity per unit area can be used to decrease cost and/or increase functionality—see Moore's law which, in its modern interpretation, states that the number of transistors in an integrated circuit doubles every two years. Esta mayor capacidad por unidad de superficie se puede utilizar para reducir costes y / o aumentar la funcionalidad de ver la ley de Moore que, en su interpretación moderna, afirma que el número de transistores en un circuito integrado se duplica cada dos años. In general, as the feature size shrinks, almost everything improves—the cost per unit and the switching power consumption go down, and the speed goes up. En general, como el tamaño de la característica se encoge, casi todo lo mejora, el costo por unidad de consumo de energía y el cambio de bajar, y la velocidad aumenta. However, ICs with nanometer -scale devices are not without their problems, principal among which is leakage current (see subthreshold leakage for a discussion of this), although these problems are not insurmountable and will likely be solved or at least ameliorated by the introduction of high-k dielectrics . Sin embargo, los CSI con el nanómetro dispositivos de escala no tienen sus problemas, entre las que se fuga de corriente (véase la fuga subliminales para una discusión sobre esto), aunque estos problemas no son insuperables y que probablemente serán resueltos o al menos mejorarse mediante la introducción de constante dieléctrica alta. Since these speed and power consumption gains are apparent to the end user, there is fierce competition among the manufacturers to use finer geometries. Dado que el aumento de la velocidad y el consumo de energía son evidentes para el usuario final, hay una feroz competencia entre los fabricantes para utilizar geometrías más fino. This process, and the expected progress over the next few years, is well described by the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS). Este proceso, y el progreso esperado en los próximos años, está bien descrito por la Hoja de Ruta Internacional de Tecnología de Semiconductores (ITRS).
[ edit ] Popularity of ICs [Editar] Popularidad de los CI

Only a half century after their development was initiated, integrated circuits have become ubiquitous. Computers , cellular phones , and other digital appliances are now inextricable parts of the structure of modern societies. Aparatos digitales sólo un siglo y medio después se inició su desarrollo, los circuitos integrados se han convertido en omnipresentes. Computadoras, teléfonos celulares, y otros son ahora partes inextricables de la estructura de las sociedades modernas. That is, modern computing , communications , manufacturing and transport systems, including the Internet , all depend on the existence of integrated circuits. Es decir, la informática moderna, las comunicaciones, manufactura y sistemas de transporte, incluida la Internet, todo depende de la existencia de circuitos integrados.
[ edit ] Classification [Editar] Clasificación
A CMOS 4000 IC in a DIP A 4000 IC CMOS en un DIP

Integrated circuits can be classified into analog , digital and mixed signal (both analog and digital on the same chip). Los circuitos integrados se pueden clasificar en señal analógica, digital y mixta (analógica y digital en el mismo chip).

Digital integrated circuits can contain anything from one to millions of logic gates , flip-flops , multiplexers , and other circuits in a few square millimeters. Circuitos integrados digitales puede contener cualquier cosa, desde una a millones de puertas lógicas, flip-flops, multiplexores, y otros circuitos en unos pocos milímetros cuadrados. The small size of these circuits allows high speed, low power dissipation, and reduced manufacturing cost compared with board-level integration. El pequeño tamaño de estos circuitos permite alta velocidad, baja disipación de potencia, y el coste de fabricación reducidos en comparación con la integración a nivel de la Junta. These digital ICs, typically microprocessors , DSPs , and micro controllers work using binary mathematics to process "one" and "zero" signals. Estos circuitos integrados digitales, por lo general microprocesadores, DSP, microcontroladores y de trabajo utilizando las matemáticas binarias para procesar "uno" y "cero" las señales.

Analog ICs, such as sensors, power management circuits, and operational amplifiers , work by processing continuous signals. ICs analógicos, tales como sensores, circuitos de administración de energía, y los amplificadores operacionales, el trabajo de procesamiento de señales continuas. They perform functions like amplification , active filtering , demodulation , mixing , etc. Analog ICs ease the burden on circuit designers by having expertly designed analog circuits available instead of designing a difficult analog circuit from scratch. Llevan a cabo funciones como la amplificación, el filtrado activo, demodulación, mezcla, etc Devices VA aliviar la carga de los diseñadores de circuitos por tener diseñados por expertos circuitos analógicos disponibles en lugar de diseñar un circuito analógico difícil desde el principio.

ICs can also combine analog and digital circuits on a single chip to create functions such as A/D converters and D/A converters . VA también puede combinar circuitos analógicos y digitales en un solo chip para crear funciones tales como convertidores A / D y D / A. Such circuits offer smaller size and lower cost, but must carefully account for signal interference. Tales circuitos de oferta de menor tamaño y menor costo, pero con cuidado, debe tener en cuenta la interferencia de la señal.
[ edit ] Manufacturing [Editar] Manufactura
[ edit ] Fabrication [Editar] Fabricación
Main article: Semiconductor fabrication Artículo principal: fabricación de semiconductores
Rendering of a small standard cell with three metal layers ( dielectric has been removed). Prestación de un estándar de células pequeñas, con tres capas de metal (dieléctrico se ha eliminado). The sand-colored structures are metal interconnect, with the vertical pillars being contacts, typically plugs of tungsten. La arena de color son las estructuras de metal de interconexión, con los pilares verticales contactos que, por lo general tapones de tungsteno. The reddish structures are polysilicon gates, and the solid at the bottom is the crystalline silicon bulk. Las estructuras de color rojizo son las puertas de polisilicio, y el sólido en el fondo es la masa de silicio cristalino.
Schematic structure of a CMOS chip, as built in the early 2000s. Esquema de la estructura de un chip CMOS, como se construyó en la década de 2000. The graphic shows LDD-MISFET's on an SOI substrate with five metallization layers and solder bump for flip-chip bonding. El gráfico muestra LDD-MISFET sobre un sustrato SOI con cinco capas de metalización y soldadura golpe para la vinculación flip-chip. It also shows the section for FEOL (front-end of line), BEOL (back-end of line) and first parts of back-end process. También se muestra la sección de FEOL (front-end de la línea), BEOL (back-end de la línea) y la primera parte de proceso posterior final.

The semiconductors of the periodic table of the chemical elements were identified as the most likely materials for a solid state vacuum tube by researchers like William Shockley at Bell Laboratories starting in the 1930s. Los semiconductores de la tabla periódica de los elementos químicos fueron identificados como los materiales más probable para un sólido tubo estado de vacío por los investigadores como William Shockley en los laboratorios Bell a partir de la década de 1930. Starting with copper oxide , proceeding to germanium , then silicon , the materials were systematically studied in the 1940s and 1950s. A partir de óxido de cobre, procediendo a germanio, a continuación, de silicio, los materiales fueron estudiados sistemáticamente en los años 1940 y 1950. Today, silicon monocrystals are the main substrate used for integrated circuits (ICs) although some III-V compounds of the periodic table such as gallium arsenide are used for specialized applications like LEDs , lasers , solar cells and the highest-speed integrated circuits. Hoy en día, monocristales de silicio son el sustrato principal utilizado para los circuitos integrados (CI), aunque algunos compuestos III-V de la tabla periódica, como el arseniuro de galio se emplean en aplicaciones especializadas, como los LED, rayos láser, células solares y la más alta velocidad de circuitos integrados. It took decades to perfect methods of creating crystals without defects in the crystalline structure of the semiconducting material. Tuvieron que pasar décadas para perfeccionar los métodos de creación de cristales sin defectos en la estructura cristalina del material semiconductor.

Semiconductor ICs are fabricated in a layer process which includes these key process steps: VA VA se fabrican en un proceso de capa, que incluye estos pasos clave del proceso:

    * Imaging Imágenes
    * Deposition Deposición
    * Etching Aguafuerte

The main process steps are supplemented by doping and cleaning. Los pasos del proceso principal se complementa con el dopaje y la limpieza.

Mono-crystal silicon wafers (or for special applications, silicon on sapphire or gallium arsenide wafers) are used as the substrate . Photolithography is used to mark different areas of the substrate to be doped or to have polysilicon, insulators or metal (typically aluminium ) tracks deposited on them. Mono-obleas de silicio de cristal (o para aplicaciones especiales, silicio sobre zafiro o láminas de arseniuro de galio) se utilizan como sustrato. Fotolitografía es utilizado para marcar las diferentes áreas del sustrato que va dopado o tener polisilicio, aislantes o de metal (normalmente de aluminio) pistas depositado en ellos.

    * Integrated circuits are composed of many overlapping layers, each defined by photolithography, and normally shown in different colors. Los circuitos integrados se componen de muchas capas superpuestas, cada uno definido por la fotolitografía, y normalmente se muestra en colores diferentes. Some layers mark where various dopants are diffused into the substrate (called diffusion layers), some define where additional ions are implanted (implant layers), some define the conductors (polysilicon or metal layers), and some define the connections between the conducting layers (via or contact layers). Algunas de las capas marca en diferentes dopantes se difunden en el sustrato (llamadas capas de difusión), algunos de los iones adicionales definir dónde se implantan (implante de capas), algunos definen los conductores (polisilicio o capas de metal), y algunos de definir las conexiones entre las capas de conducción ( a través de capas o de contacto). All components are constructed from a specific combination of these layers. Todos los componentes están hechos de una combinación específica de estas capas.

    * In a self-aligned CMOS process, a transistor is formed wherever the gate layer (polysilicon or metal) crosses a diffusion layer. En un auto-alineados CMOS proceso, un transistor se forma donde la capa de puerta (polisilicio o metal) atraviesa una capa de difusión.

    * Capacitive structures , in form very much like the parallel conducting plates of a traditional electrical capacitor, are formed according to the area of the "plates", with insulating material between the plates. Estructuras capacitivo, en forma muy parecida a la realización de placas paralelas de un condensador eléctrico tradicional, se forman de acuerdo a la zona de las "placas", con material aislante entre las placas. Capacitors of a wide range of sizes are common on ICs. Condensadores de una amplia gama de tamaños son comunes en CI.

    * Meandering stripes of varying lengths are sometimes used to form on-chip resistors , though most logic circuits do not need any resistors. Serpenteando franjas de diferentes longitudes se utilizan a veces para formar sobre las resistencias de chips, aunque la mayoría de los circuitos de la lógica no necesita resistencias. The ratio of the length of the resistive structure to its width, combined with its sheet resistivity, determines the resistance. La proporción de la longitud de la estructura de resistencia a su anchura, combinado con su resistencia de hoja, determina la resistencia.

    * More rarely, inductive structures can be built as tiny on-chip coils, or simulated by gyrators . Más raramente, las estructuras de inducción puede ser construido como minúsculos en las bobinas de chips, o simuladas por giradores.

Since a CMOS device only draws current on the transition between logic states , CMOS devices consume much less current than bipolar devices. Desde un dispositivo CMOS sólo se basa en curso sobre la transición entre los estados de la lógica, los dispositivos CMOS consumen mucho menos electricidad que los dispositivos bipolares.

A random access memory is the most regular type of integrated circuit; the highest density devices are thus memories; but even a microprocessor will have memory on the chip. Una memoria de acceso aleatorio es el tipo más habitual de los circuitos integrados, los dispositivos de mayor densidad son por tanto los recuerdos, pero incluso un microprocesador tendrá memoria en el chip. (See the regular array structure at the bottom of the first image.) Although the structures are intricate – with widths which have been shrinking for decades – the layers remain much thinner than the device widths. (Ver la estructura matriz regular en la parte inferior de la primera imagen.) Aunque las estructuras son complejos - con un ancho que se han ido reduciendo durante décadas - las capas siguen siendo mucho más delgado que los anchos de dispositivo. The layers of material are fabricated much like a photographic process, although light waves in the visible spectrum cannot be used to "expose" a layer of material, as they would be too large for the features. Las capas de material se fabrican muy similar a un proceso fotográfico, aunque las ondas de luz en el espectro visible no puede utilizarse para "denunciar" una capa de material, ya que sería demasiado grande para las características. Thus photons of higher frequencies (typically ultraviolet ) are used to create the patterns for each layer. Así, los fotones de frecuencias más elevadas (normalmente ultravioleta) se utilizan para crear los patrones para cada capa. Because each feature is so small, electron microscopes are essential tools for a process engineer who might be debugging a fabrication process. Debido a que cada función es tan pequeño, los microscopios electrónicos son herramientas esenciales para un proceso de ingeniería que podría ser la depuración de un proceso de fabricación.

Each device is tested before packaging using automated test equipment (ATE), in a process known as wafer testing , or wafer probing. Cada producto es probado antes de envasado que utilizan equipos de prueba automáticos (ATE), en un proceso conocido como la prueba de obleas o de obleas de sondeo. The wafer is then cut into rectangular blocks, each of which is called a die . La oblea se corta en bloques rectangulares, cada uno de ellos se llama morir. Each good die (plural dice , dies , or die ) is then connected into a package using aluminium (or gold ) bond wires which are welded to pads , usually found around the edge of the die. Cada muerte buena (dados plural, muere, o morir) se conecta en un paquete con aluminio (o de oro) los cables de bonos que están soldadas a las almohadillas, generalmente se encuentran alrededor del borde de la muerte. After packaging, the devices go through final testing on the same or similar ATE used during wafer probing. Después de los envases, los dispositivos de pasar por una prueba final en la ATE mismo o similar utilizado durante oblea de sondeo. Test cost can account for over 25% of the cost of fabrication on lower cost products, but can be negligible on low yielding , larger, and/or higher cost devices. Coste de la prueba puede dar cuenta de más del 25% del coste de fabricación de productos de menor costo, pero puede ser insignificante en el rendimiento baja, más grande, y / o dispositivos de mayor costo.

As of 2005, a fabrication facility (commonly known as a semiconductor lab ) costs over a billion US Dollars to construct [ 11 ] , because much of the operation is automated. En 2005, una planta de fabricación (conocida comúnmente como un laboratorio de semiconductores) cuesta más de MIL MILLONES DE DÓLARES EE.UU. para la construcción [11], porque es automatizado gran parte de la operación. The most advanced processes employ the following techniques: Los procesos más avanzados utilizan las siguientes técnicas:

    * The wafers are up to 300 mm in diameter (wider than a common dinner plate). Las obleas son de hasta 300 mm de diámetro (más ancho que un plato de comida común).
    * Use of 65 nanometer or smaller chip manufacturing process. Intel , IBM , NEC , and AMD are using 45 nanometers for their CPU chips. El uso de 65 nanómetros o más pequeño proceso de fabricación de chips. Intel, IBM, NEC, y AMD está usando 45 nanómetros para sus chips de CPU. IBM and AMD are in development of a 45 nm process using immersion lithography . De IBM y AMD en el desarrollo de un proceso de 45 nm utilizando la litografía de inmersión.
    * Copper interconnects where copper wiring replaces aluminium for interconnects. Las interconexiones de cobre en el cableado de cobre sustituye al aluminio para las interconexiones.
    * Low-K dielectric insulators. Low-K aisladores dieléctricos.
    * Silicon on insulator (SOI) De silicio sobre aislante (SOI)
    * Strained silicon in a process used by IBM known as strained silicon directly on insulator (SSDOI) Silicio tensionado en un proceso utilizado por IBM conocido como silicio tensado directamente sobre aislante (SSDOI)

[ edit ] Packaging [Editar] Envasado
Main article: Integrated circuit packaging Artículo principal: embalaje de circuitos integrados
Early USSR made integrated circuit A principios URSS hizo circuito integrado

The earliest integrated circuits were packaged in ceramic flat packs, which continued to be used by the military for their reliability and small size for many years. Los primeros circuitos integrados fueron empacadas en envases de cerámica plana, que sigue siendo utilizado por los militares por su fiabilidad y su pequeño tamaño por muchos años. Commercial circuit packaging quickly moved to the dual in-line package (DIP), first in ceramic and later in plastic. Envases Circuito comercial rápidamente se trasladó a la doble in-line package (DIP), primero en cerámica y más tarde en plástico. In the 1980s pin counts of VLSI circuits exceeded the practical limit for DIP packaging, leading to pin grid array (PGA) and leadless chip carrier (LCC) packages. Surface mount packaging appeared in the early 1980s and became popular in the late 1980s, using finer lead pitch with leads formed as either gull-wing or J-lead, as exemplified by small-outline integrated circuit -- a carrier which occupies an area about 30 – 50% less than an equivalent DIP , with a typical thickness that is 70% less. En la década de 1980 cuenta con pines de circuitos VLSI superado el límite práctico para el envasado R, que conduce a la matriz de pines (PGA) y portadores de chips sin plomo (LCC) de los paquetes. Montaje superficial de envases apareció en la década de 1980 y se hizo popular a finales de 1980, utilizando Lead Pitch lleva más fina con forma, ya sea como ala de gaviota o J-plomo, como se ejemplifica en contorno pequeño circuito integrado - una compañía aérea que ocupa un área de unos 30 a 50% menos que un DIP equivalente, con un espesor típico que es de 70 % menos. This package has "gull wing" leads protruding from the two long sides and a lead spacing of 0.050 inches. Este paquete tiene "ala de gaviota" lleva sobresale de los dos lados de largo y un espacio de plomo de 0,050 pulgadas.

In the late 1990s, PQFP and TSOP packages became the most common for high pin count devices, though PGA packages are still often used for high-end microprocessors . En la década de 1990, SOIC y paquetes TSOP se convirtió en el más común para los dispositivos con alto conteo de pines, aunque los paquetes de la PGA, se utilizan frecuentemente para los microprocesadores de gama alta. Intel and AMD are currently transitioning from PGA packages on high-end microprocessors to land grid array (LGA) packages. Intel y AMD son actualmente la transición de los paquetes de la PGA en los microprocesadores de alto fin a la tierra Grid Array (LGA) de paquetes.

Ball grid array (BGA) packages have existed since the 1970s. Flip-chip Ball Grid Array packages, which allow for much higher pin count than other package types, were developed in the 1990s. Ball grid array (BGA) paquetes han existido desde la década de 1970. Flip-chip Ball Grid paquetes de matriz, que permiten la cantidad de pines mucho más altos que los tipos de paquete, se desarrollaron en la década de 1990. In an FCBGA package the die is mounted upside-down (flipped) and connects to the package balls via a package substrate that is similar to a printed-circuit board rather than by wires. En un paquete de FCBGA la suerte está montado al revés (volcó) y se conecta a las bolas de envío a través de un sustrato de paquete que es similar a un tablero de circuito impreso y no por cables. FCBGA packages allow an array of input-output signals (called Area-I/O) to be distributed over the entire die rather than being confined to the die periphery. Paquetes de FCBGA permiten una gran variedad de señales de entrada-salida (llamado Area-I / O) para ser distribuidos en toda la matriz en lugar de estar confinada a la periferia de morir.

Traces out of the die, through the package, and into the printed circuit board have very different electrical properties, compared to on-chip signals. Huellas de la muerte, a través del paquete, y en la placa de circuito impreso tienen propiedades eléctricas muy diferentes, en comparación con las señales de a chip. They require special design techniques and need much more electric power than signals confined to the chip itself. Se requieren técnicas de diseño especial y necesitan mucho más energía eléctrica que las señales limita al propio chip.

When multiple dies are put in one package, it is called SiP, for System In Package . Cuando varios muere se ponen en un solo paquete, se le llama SIP, por sistema en el Paquete. When multiple dies are combined on a small substrate, often ceramic, it's called an MCM, or Multi-Chip Module . Cuando se combinan múltiples muere en un sustrato de pequeñas, a menudo de cerámica, que se llama un MCM, o Multi-Chip Module. The boundary between a big MCM and a small printed circuit board is sometimes fuzzy. La frontera entre una MCM grande y una pequeña placa de circuito impreso es a veces difusa.
[ edit ] Chip labeling and manufacture date [Editar] Chip de etiquetado y fecha de fabricación de

Most integrated circuits large enough to include identifying information include four common sections: the manufacturer's name or logo, the part number, a part production batch number and/or serial number, and a four-digit code that identifies when the chip was manufactured. La mayoría de los circuitos integrados suficientemente grande como para incluir la identificación de la información incluyen cuatro secciones común: el nombre del fabricante o logotipo, el número de parte, una parte números de los lotes y / o número de serie y un código de cuatro dígitos que identifica cuando se fabricó el chip. Extremely small surface mount technology parts often bear only a number used in a manufacturer's lookup table to find the chip characteristics. Extremadamente superficie pequeña montar piezas de tecnología son a menudo sólo un número que se utiliza en el cuadro de búsqueda de un fabricante para encontrar las características del chip.

The manufacturing date is commonly represented as a two-digit year followed by a two-digit week code, such that a part bearing the code 8341 was manufactured in week 41 of 1983, or approximately in October 1983. La fecha de fabricación se suele representar como un año de dos dígitos seguido de un código de dos semanas de dos dígitos, por ejemplo, que una parte que lleva el código 8341 se fabricó en la semana 41 de 1983, o aproximadamente en octubre de 1983.

Nerio Ramirez

Structured ASIC design

(also referred to as platform ASIC design) has different meanings in different contexts. De diseño ASIC estructurado (también conocido como diseño de la plataforma ASIC) tiene diferentes significados en distintos contextos. This is a relatively new term in the industry, which is why there is some variation in its definition. Este es un término relativamente nuevo en la industria, por lo que hay algunas variaciones en su definición. However, the basic premise of a structured/platform ASIC is that both manufacturing cycle time and design cycle time are reduced compared to cell-based ASIC by virtue of there being pre-defined metal layers (thus reducing manufacturing time) and pre-characterization of what is on the silicon (thus reducing design cycle time). Sin embargo, la premisa básica de una estructura o plataforma ASIC es que tanto el tiempo de fabricación del ciclo y el ciclo de diseño se reducen en comparación con el celular basado en ASIC, en virtud de no ser pre-definidas capas de metal (lo que reduce el tiempo de fabricación) y la caracterización previa de lo que está en el silicio (reduciendo así el tiempo de ciclo de diseño). One definition states that Una definición establece que

    In a "structured ASIC" design, the logic mask-layers of a device are predefined by the ASIC vendor (or in some cases by a third party). En un "estructurado ASIC" el diseño, la máscara de la lógica de capas de un dispositivo están predefinidos por el proveedor de ASIC (o en algunos casos por un tercero). Design differentiation and customization is achieved by creating custom metal layers that create custom connections between predefined lower-layer logic elements. La diferenciación y la personalización de diseño se logra mediante la creación de capas de metal de encargo que crean conexiones entre predefinidos personalizados bajo la lógica de los elementos de la capa. "Structured ASIC" technology is seen as bridging the gap between field-programmable gate arrays and "standard-cell" ASIC designs. "Structured ASIC" La tecnología es vista como la reducción de la brecha entre el campo de las matrices de puertas programables y "estándar de células" diseños ASIC. Because only a small number of chip layers must be custom-produced, "structured ASIC" designs have much smaller non-recurring expenditures (NRE) than "standard-cell" or "full-custom" chips, which require that a full mask set be produced for every design. [ citation needed ] Debido a que sólo un pequeño número de capas de chips deben ser personalizados producido, "estructurado ASIC" diseños no tienen mucho menor-los gastos periódicos (RN) de "estándar de células" o "full-custom" chips, que exigen que la máscara de un conjunto completo elaborarse para cada diseño. [cita requerida]

This is effectively the same definition as a gate array. Esto es efectivamente la misma definición como una matriz de puertas.

What makes a structured/platform ASIC different from a gate array is that in a gate array the predefined metal layers serve to make manufacturing turnaround faster. ¿Qué hace una estructura o plataforma ASIC diferente de una matriz de puertas es que en una gran puerta de las capas de metal predefinidas sirven para hacer cambio de fabricación más rápido. In a structured/platform ASIC the predefined metallization is primarily to reduce cost of the mask sets and is also used to make the design cycle time significantly shorter as well. En una estructura o plataforma ASIC la predefinidos metalización es principalmente para reducir el costo de la máscara de los conjuntos y también se utiliza para hacer que el tiempo de ciclo de diseño mucho más corto también. For example, in a cell-based or gate-array design the user often must design power, clock, and test structures themselves; these are predefined in most Structured/Platform ASICs and therefore can save time and expense for the designer compared to gate-array. Por ejemplo, en una base de células o de acceso diseño del conjunto el usuario a menudo debe diseñar el poder, el reloj y las estructuras de probarse a sí mismos, los cuales son definidos de antemano en más estructurada / ASIC Plataforma y por lo tanto puede ahorrar tiempo y gastos para el diseñador frente a la puerta - matriz. Likewise, the design tools used for structured/Platform ASIC can be substantially lower cost and easier (faster) to use than cell-based tools, because the tools do not have to perform all the functions that cell-based tools do. Asimismo, las herramientas de diseño utilizadas por el costo estructurados plataforma ASIC puede ser notablemente más bajo y más fácil (más rápido) para uso de herramientas basadas en células, ya que las herramientas no tienen que realizar todas las funciones de la célula que las herramientas basadas en hacer. In some cases, the structured/platform ASIC vendor requires that customized tools for their device (for example, custom physical synthesis) be used, also allowing for the design to be brought into manufacturing more quickly. ChipX , Inc. eAsic, and Triad Semiconductor are examples of vendors offering this kind of structured ASIC. En algunos casos, la estructura o plataforma ASIC fabricante requiere que los instrumentos de medida para su dispositivo (por ejemplo, la síntesis a medida física) se utilizará también para permitir que el diseño sea puesto en producción más rápidamente. ChipX, Inc. eAsic, y Triad Semiconductor son ejemplos de proveedores que ofrecen este tipo de ASIC estructurado.

One other important aspect about structured/platform ASIC is that it allows IP that is common to certain applications or industry segments to be "built in", rather than "designed in". Otro aspecto importante sobre la estructura o plataforma ASIC es que permite que la propiedad intelectual que es común a ciertas aplicaciones o segmentos de la industria a ser "incorporada", en vez de "diseñado". By building the IP directly into the architecture the designer can again save both time and money compared to designing IP into a cell-based ASIC. Mediante la construcción de la IP directamente en la arquitectura del diseñador de nuevo puede ahorrar tiempo y dinero en comparación con el diseño de la propiedad intelectual en una célula basada en ASIC.

The Altera technique of producing a structured cell ASIC where the cells are the same design as the FPGA, but the programmable routing is replaced with fixed wire interconnect is called HardCopy. [ 1 ] These devices then do not need re-programming and cannot be re-programmed as an FPGA. [ citation needed ] La técnica Altera la producción de una célula ASIC estructurado donde las células son el mismo diseño que la FPGA, pero la ruta programable se sustituye con un alambre fijo de interconexión se denomina papel. [1] Esos dispositivos no necesitan volver a la programación y no pueden volver programadas como un FPGA. [cita requerida]

The Xilinx technique of producing a customer specific FPGA, that is 30% - 70% less expensive than a standard FPGA and where the cells are the same as the FPGA but the programmable capability is removed, [ citation needed ] is called EasyPath. [ 1 ] La técnica de Xilinx de la producción de un cliente específico FPGA, que es del 30% - 70% menos costosa que una FPGA norma y donde las células son las mismas que en la FPGA, pero la capacidad programable se retira, [cita requerida] es llamado EasyPath. [1 ]
[ edit ] Cell libraries, IP-based design, hard and soft macros [Editar] Bibliotecas de la célula, diseño basado en IP, macros

Cell libraries of logical primitives are usually provided by the device manufacturer as part of the service. Las bibliotecas de la célula de primitivas lógicas son prestados normalmente por el fabricante del dispositivo como parte del servicio. Although they will incur no additional cost, their release will be covered by the terms of a non-disclosure agreement (NDA) and they will be regarded as intellectual property by the manufacturer. A pesar de que tendrá que abonar ningún coste adicional, su liberación será cubierto por los términos de un acuerdo de no divulgación (NDA) y serán considerados como propiedad intelectual por el fabricante. Usually their physical design will be pre-defined so they could be termed "hard macros". Por lo general su diseño físico será pre-definidos de manera que podría calificarse de "macros duros".

What most engineers understand as " intellectual property " are IP cores , designs purchased from a third party as sub-components of a larger ASIC. Lo que la mayoría ingenieros entienden como "propiedad intelectual" son los núcleos de propiedad intelectual, los diseños comprados a un tercero como sub-componentes de un mayor ASIC. They may be provided as an HDL description (often termed a "soft macro"), or as a fully routed design that could be printed directly onto an ASIC's mask (often termed a hard macro). Pueden ser siempre como una descripción HDL (a menudo se denomina un "macro blando"), o como un diseño completamente derrotados que podría ser impreso directamente sobre la máscara de un ASIC (a menudo llamado una macro duro). Many organizations now sell such pre-designed cores, and larger organizations may have an entire department or division to produce cores for the rest of the organization. Muchas organizaciones venden ahora como pre-diseñado núcleos, y las organizaciones más grandes pueden tener todo un departamento o división para producir núcleos para el resto de la organización. For example, one can purchase CPUs, ethernet, USB or telephone interfaces. Por ejemplo, uno puede comprar CPU, Ethernet, USB o interfaces de teléfono. Indeed, the wide range of functions now available is a significant factor in the phenomenal increase in electronics in the late 1990s and early 2000s; as a core takes a lot of time and investment to create, its re-use and further development cuts product cycle times dramatically and creates better products. De hecho, la amplia gama de funciones disponibles es un factor significativo en el incremento fenomenal en la electrónica a finales de 1990 y principios de 2000, como un núcleo lleva mucho tiempo e inversión para crear, su reutilización y nuevas reducciones del ciclo de desarrollo de productos veces dramática y crea mejores productos.

Soft macros are often process-independent, ie, they can be fabricated on a wide range of manufacturing processes and different manufacturers. Soft macros son a menudo procesos independientes, es decir, pueden ser fabricados en una amplia gama de procesos de fabricación y de diferentes fabricantes.

Hard macros are process-limited and usually further design effort must be invested to migrate (port) to a different process or manufacturer. Macros duros son procesos limitados y por lo general mayor esfuerzo de diseño debe ser invertido para migrar (puerto) a un proceso distinto o el fabricante.
[ edit ] Multi-project wafers [Editar] FPGAs

Some manufacturers offer Multi-Project Wafers (MPW) as a method of obtaining low cost prototypes. Algunos fabricantes ofrecen Multi-Project obleas (MOP) como método de obtención de prototipos de bajo costo. Often called shuttles, these MPW, containing several designs, run at regular, scheduled intervals on a "cut and go" basis, usually with very little liability on the part of the manufacturer. A menudo llamados lanzaderas, estas Ministerio de Obras Públicas, que contiene varios diseños, ejecute a intervalos regulares y programados en "cortar y salir" base, generalmente con muy poca responsabilidad por parte del fabricante. The contract involves the assembly and packaging of a handful of devices. El contrato incluye el montaje y embalaje de un puñado de dispositivos. The service usually involves the supply of a physical design data base ie masking information or Pattern Generation (PG) tape. El servicio implica generalmente el suministro de una base de datos físicos, es decir el diseño de ocultación de información o de patrones Generation (PG) de cinta. The manufacturer is often referred to as a "silicon foundry" due to the low involvement it has in the process. El fabricante se refiere a menudo como la fundición de "silicio", debido a la escasa participación que tiene en el proceso. See also Multi Project Chip . Véase también el proyecto Multi Chip.
[ edit ] ASIC suppliers [Editar] proveedores ASIC

There are two different types of ASIC suppliers, IDM and fabless . Hay dos diferentes tipos de proveedores de ASIC, IDM y sin fábrica. An IDM supplier's ASIC product is based in large part on proprietary technology such as design tools, IP, packaging, and usually although not necessarily the process technology. Un proveedor de productos IDM ASIC se basa en gran parte en tecnología propietaria, como herramientas de diseño, investigación, embalaje, y por lo general, aunque no necesariamente la tecnología de proceso. Fabless ASIC suppliers rely almost exclusively on outside suppliers for their technology. Fabless proveedores ASIC dependen casi exclusivamente de proveedores externos para su tecnología. The classification can be confusing since several IDM's are also fabless semiconductor companies. La clasificación puede ser confusa ya que varias empresas de semiconductores IDM son también fábrica propia
Nerio Ramirez

circuito integrados

 Un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) es un circuito integrado (IC) personalizada para un uso determinado, en vez de ser concebido para un uso general. For example, a chip designed solely to run a cell phone is an ASIC. Por ejemplo, un chip diseñado únicamente para ejecutar un teléfono celular es un ASIC. Intermediate between ASICs and industry standard integrated circuits, like the 7400 or the 4000 series , are application specific standard products (ASSPs). Intermedio entre los ASIC y de la industria estándar de circuitos integrados, como el 7400 o la serie 4000, son los productos estándar de aplicación específica (ASSP por sus siglas).

As feature sizes have shrunk and design tools improved over the years, the maximum complexity (and hence functionality) possible in an ASIC has grown from 5,000 gates to over 100 million. En función de los tamaños se han reducido y las herramientas de diseño mejorado a lo largo de los años, la máxima complejidad (y por ende la funcionalidad) en un ASIC ha crecido desde 5.000 puertas a más de 100 millones de dólares. Modern ASICs often include entire 32-bit processors , memory blocks including ROM , RAM , EEPROM , Flash and other large building blocks. ASIC modernos a menudo son de 32-procesadores de bits, bloques de memoria como ROM, RAM, EEPROM, Flash y otros bloques de construcción de gran tamaño. Such an ASIC is often termed a SoC ( system-on-a-chip ). Este tipo de ASIC que se suele denominar un SOC (system-on-a-chip). Designers of digital ASICs use a hardware description language (HDL), such as Verilog or VHDL , to describe the functionality of ASICs. Los diseñadores de ASIC digitales usan un lenguaje de descripción de hardware (HDL), tales como Verilog o VHDL, para describir la funcionalidad de ASIC.

Field-programmable gate arrays (FPGA) are the modern-day technology for building a breadboard or prototype from standard parts; programmable logic blocks and programmable interconnects allow the same FPGA to be used in many different applications. Field-Programmable Gate Arrays (FPGA) son la tecnología moderna de día para la construcción de una placa o un prototipo a partir de piezas estándar, bloques lógicos programables e interconexiones programables permiten la FPGA ser utilizados en muchas aplicaciones diferentes. For smaller designs and/or lower production volumes, FPGAs may be more cost effective than an ASIC design even in production. Para los modelos más pequeños y / o volúmenes de producción más bajos, FPGAs puede ser más rentable que un diseño ASIC, incluso en la producción. The non-recurring engineering cost of an ASIC can run into the millions of dollars. La no-recurrentes de costes de ingeniería de un ASIC puede ejecutar en los millones de dólares.
Contents Contenidos
[hide]

  [ edit ] History [Editar] Historia

The initial ASICs used gate array technology. Ferranti produced perhaps the first gate-array, the ULA ( Uncommitted Logic Array ), around 1980. El ASIC utilizaban tecnología de matriz de puertas. Ferranti producido tal vez la primera puerta de matriz, de la ULA (no comprometidos de la Lógica de matriz), alrededor de 1980. An early successful commercial application was the ULA circuitry found in the 8-bit ZX81 and ZX Spectrum low-end personal computers, introduced in 1981 and 1982. Una de las primeras aplicaciones comerciales de éxito fue el circuito de la ULA en la 8-bit ZX81 y ZX Spectrum de gama baja computadoras personales, introducida en 1981 y 1982. These were used by Sinclair Research (UK) essentially as a low-cost I/O solution aimed at handling the computer's graphics. Estas fueron utilizadas por Sinclair Research (Reino Unido) esencialmente como un bajo costo I / O solución destinada a la manipulación de gráficos de la computadora. Some versions of ZX81 / Timex Sinclair 1000 used just four chips (ULA, 2Kx8 RAM , 8Kx8 ROM , Z80A CPU ) to implement an entire mass-market personal computer with built-in BASIC interpreter. Algunas versiones de ZX81 / Timex Sinclair 1000 utiliza sólo cuatro fichas (ULA, 2Kx8 RAM, 8Kx8 ROM, Z80A CPU) para implementar una masa total del mercado de computadoras personales con BASIC incorporado intérprete.

Customization occurred by varying the metal interconnect mask. Personalización ocurrió variando la máscara de interconexión metálica. ULAs had complexities of up to a few thousand gates. ULAs había complejidades de hasta unos pocos miles de puertas. Later versions became more generalized, with different base dies customised by both metal and polysilicon layers. Capas versiones posteriores fueron más generalizadas, con base de diferentes muere personalizados por el metal y de polisilicio. Some base dies include RAM elements. Algunos moldes base de incluir elementos de memoria RAM.
[ edit ] Standard cell design [Editar] El diseño de la célula estándar
Main article: standard cell Artículo principal: estándar de celda

In the mid 1980s a designer would choose an ASIC manufacturer and implement their design using the design tools available from the manufacturer. A mediados de 1980 un diseñador elegir un fabricante de ASIC y aplicar su diseño usando las herramientas de diseño disponibles en el fabricante. While third party design tools were available, there was not an effective link from the third party design tools to the layout and actual semiconductor process performance characteristics of the various ASIC manufacturers. Si bien las herramientas de diseño de terceros disponibles, no había un vínculo efectivo de las herramientas de diseño de terceros a la disposición y características reales de proceso de semiconductores de rendimiento de los diferentes fabricantes ASIC. Most designers ended up using factory specific tools to complete the implementation of their designs. La mayoría de los diseñadores de la fábrica terminó utilizando herramientas específicas para completar la ejecución de sus diseños. A solution to this problem that also yielded a much higher density device was the implementation of Standard Cells . Una solución a este problema que también se dio un dispositivo de la densidad mucho más alta fue la aplicación de la Norma células. Every ASIC manufacturer could create functional blocks with known electrical characteristics, such as propagation delay, capacitance and inductance, that could also be represented in third party tools. Cada fabricante de ASIC podría crear bloques funcionales con características eléctricas conocidas, tales como retardo de propagación, la capacitancia y la inductancia, que también podrían estar representados en las herramientas de terceros. Standard Cell design is the utilization of these functional blocks to achieve very high gate density and good electrical performance. Norma de diseño de la célula es la utilización de estos bloques funcionales para conseguir una densidad muy alta puerta y el rendimiento eléctrico. Standard cell design fits between Gate Array and Full Custom design in terms of both its NRE (Non-Recurring Engineering) and recurring component cost. Diseño de célula estándar se sitúa entre Gate Array y completa de diseño personalizado tanto en términos de sus RN (ingeniería no recurrentes) y costos de los componentes recurrentes.

By the late 1990s, logic synthesis tools became available. En la década de 1990, las herramientas de síntesis lógica estuviera disponible. Such tools could compile HDL descriptions into a gate-level netlist . Estas herramientas podrían compilar descripciones HDL en una puerta-netlist nivel. This enabled a style of design called standard-cell design. Esto permitió a un estilo de diseño llamado estándar de células de diseño. Standard-cell Integrated Circuits (ICs) are designed in the following conceptual stages, although these stages overlap significantly in practice. Estándar de células Integrated Circuits (ICs) están diseñados en las etapas conceptuales siguientes, aunque estas etapas se superponen de manera significativa en la práctica.

These steps, implemented with a level of skill common in the industry, almost always produce a final device that correctly implements the original design, unless flaws are later introduced by the physical fabrication process. Estas medidas, aplicadas con un nivel de destreza común en la industria, que casi siempre producen un dispositivo final que implemente correctamente el diseño original, a menos que los defectos son introducidas posteriormente por el proceso de fabricación físico.

   1. A team of design engineers starts with a non-formal understanding of the required functions for a new ASIC, usually derived from Requirements analysis . Un equipo de ingenieros de diseño comienza con un no-formal de la comprensión de las funciones requeridas para un nuevo ASIC, derivados generalmente de Análisis de requerimientos.
   2. The design team constructs a description of an ASIC to achieve these goals using an HDL. El equipo de diseño construye una descripción de un ASIC para lograr estos objetivos mediante un HDL. This process is analogous to writing a computer program in a high-level language. Este proceso es análogo a escribir un programa informático en un lenguaje de alto nivel. This is usually called the RTL ( Register transfer level ) design. Esto se llama normalmente la RTL (nivel de transferencia de registros) de diseño.
   3. Suitability for purpose is verified by functional verification . Idoneidad para el propósito es verificado por una verificación funcional. This may include such techniques as logic simulation , formal verification , emulation , or creating an equivalent pure software model (see Simics , for example). Esto puede incluir técnicas como la simulación lógica, la verificación formal, la emulación, o la creación de un modelo equivalente de software puro (véase el Simics, por ejemplo). Each technique has advantages and disadvantages, and often several methods are used. Cada técnica tiene ventajas y desventajas, y con frecuencia se utilizan varios métodos.
   4. Logic synthesis transforms the RTL design into a large collection of lower-level constructs called standard cells. La síntesis lógica transforma el diseño de RTL en una gran colección de más bajo nivel de las construcciones llamadas células estándar. These constructs are taken from a standard-cell library consisting of pre-characterized collections of gates (such as 2 input nor, 2 input nand, inverters, etc.). Estas construcciones se han tomado de una norma-que consiste en la colección de células pre-colecciones caracteriza de puertas (por ejemplo, de 2 entradas, ni, 2 NAND de entrada, inversores, etc.) The standard cells are typically specific to the planned manufacturer of the ASIC. Las células suelen estándar específico para el fabricante prevista de la ASIC. The resulting collection of standard cells, plus the needed electrical connections between them, is called a gate-level netlist . El conjunto resultante de las células estándar, además de las conexiones eléctricas necesarias entre ellos, se llama una puerta-netlist nivel.
   5. The gate-level netlist is next processed by a placement tool which places the standard cells onto a region representing the final ASIC. La puerta-netlist siguiente nivel es procesado por un instrumento de colocación que coloca a las células estándar, sobre una región que representa el ASIC final. It attempts to find a placement of the standard cells, subject to a variety of specified constraints. Se trata de encontrar una colocación de las células estándar, sujeta a una serie de limitaciones especificadas.
   6. The routing tool takes the physical placement of the standard cells and uses the netlist to create the electrical connections between them. La herramienta de enrutamiento toma la ubicación física de las células estándar y utiliza el netlist para crear las conexiones eléctricas entre ellos. Since the search space is large, this process will produce a "sufficient" rather than "globally-optimal" solution. Desde el espacio de búsqueda es grande, este proceso produce un "suficiente" en lugar de "globalmente óptima" solución. The output is a file which can be used to create a set of photomasks enabling a semiconductor fabrication facility (commonly called a 'fab') to produce physical ICs. La salida es un archivo que puede ser usado para crear un conjunto de fotomáscaras, permitiendo una instalación de fabricación de semiconductores (comúnmente llamado 'Fab') para producir VA física.
   7. Given the final layout, circuit extraction computes the parasitic resistances and capacitances. Habida cuenta de la disposición final, la extracción de circuito calcula la resistencia parasitaria y capacidades. In the case of a digital circuit, this will then be further mapped into delay information, from which the circuit performance can be estimated, usually by static timing analysis . En el caso de un circuito digital, y entonces tendremos que seguir asignada en la información demora, de la que el funcionamiento del circuito se puede estimar, en general, por el momento el análisis estático. This, and other final tests such as design rule checking and power analysis (collectively called signoff) are intended to ensure that the device will function correctly over all extremes of the process, voltage and temperature. Esta y otras pruebas finales, tales como control de la regla de diseño y análisis del poder (llamados en conjunto el visto bueno) tienen por objeto garantizar que el dispositivo funcione correctamente en todos los extremos del proceso, el voltaje y la temperatura. When this testing is complete the photomask information is released for chip fabrication. Cuando esta prueba es completar la información fotomáscara se libera para la fabricación de chips.

These design steps (or flow) are also common to standard product design. Estos pasos de diseño (o flujo) son también comunes en el diseño de productos estándar. The significant difference is that Standard Cell design uses the manufacturer's cell libraries that have been used in potentially hundreds of other design implementations and therefore are of much lower risk than full custom design. La diferencia significativa es que en la norma de diseño de la célula utiliza las bibliotecas de la célula del fabricante que se han utilizado en atmósferas potencialmente cientos de implementaciones de diseño de otros y por lo tanto de riesgo mucho más bajo que el diseño personalizado completo. Standard Cells produce a design density that is cost effective, and they can also integrate IP cores and SRAM (Static Random Access Memory) effectively, unlike Gate Arrays. Norma células producen una densidad de diseño que es rentable, y también pueden integrar los núcleos de propiedad intelectual y SRAM (Static Random Access Memory) de manera eficaz, a diferencia de arreglos de compuertas.
[ edit ] Gate array design [Editar] El diseño de matriz de puertas

Gate array design is a manufacturing method in which the diffused layers, ie transistors and other active devices, are predefined and wafers containing such devices are held in stock prior to metallization, in other words, unconnected. Diseño de matriz de puertas es un método de fabricación en el que las capas de difusión, es decir, los transistores y otros dispositivos activos, se han predefinido y obleas que contienen estos dispositivos se mantienen en stock antes de la metalización, en otras palabras, inconexas. The physical design process then defines the interconnections of the final device. El proceso de diseño físico se define las interconexiones del dispositivo final. For most ASIC manufacturers, this consists of from two to as many as five metal layers, each metal layer running parallel to the one below it. Para la mayoría de los fabricantes de ASIC, se trata de entre dos y hasta cinco capas de metal, cada capa de metal que corre paralela a la de debajo de ella. Non-recurring engineering costs are much lower as photo-lithographic masks are required only for the metal layers, and production cycles are much shorter as metallization is a comparatively quick process. Los costes no recurrentes de ingeniería son mucho más bajos como foto-máscaras litográficas sólo se exigen para las capas de metal, y los ciclos de producción son mucho más cortos, como la metalización es un proceso relativamente rápido.

Gate array ASICs are always a compromise as mapping a given design onto what a manufacturer held as a stock wafer never gives 100% utilization. ASIC matriz de puertas son siempre un compromiso como el mapeado de un diseño determinado en lo celebró como un fabricante de una oblea de valores nunca da el 100% de utilización. Often difficulties in routing the interconnect require migration onto a larger array device with consequent increase in the piece part price. A menudo las dificultades en la ruta de interconexión requieren la migración en un dispositivo de matriz más grande con el consiguiente aumento en el precio de parte pieza. These difficulties are often a result of the layout software used to develop the interconnect. Estas dificultades son a menudo el resultado de la distribución de software utilizado para desarrollar las interconexiones.

Pure, logic-only gate array design is rarely implemented by circuit designers today, replaced almost entirely by field-programmable devices, such as field-programmable gate arrays (FPGAs), which can be programmed by the user and thus offer minimal tooling charges ( non-recurring engineering (NRE)), marginally increased piece part cost and comparable performance. Pure, la lógica de sólo el diseño de matriz de puertas rara vez es implementado por los diseñadores de circuitos de hoy, sustituido casi totalmente por el campo de dispositivos programables, como el campo de las matrices de puertas programables (FPGAs), que puede ser programado por el usuario y por lo tanto ofrecen tasas de herramientas mínimas ( no recurrentes de ingeniería (RN)), marginalmente mayor coste de las piezas de unidades y de características similares ". Today gate arrays are evolving into structured ASICs that consist of a large IP core like a CPU , DSP unit, peripherals , standard interfaces , integrated memories SRAM , and a block of reconfigurable uncommited logic. Arreglos de compuertas de hoy se están convirtiendo en ASICs estructurados que constan de un núcleo IP grande como una unidad, CPU DSP, periféricos, interfaces estándar, integrada memorias SRAM, ya una cuadra de la lógica uncommited reconfigurables. This shift is largely because ASIC devices are capable of integrating such large blocks of system functionality and "system on a chip" requires far more than just logic blocks. Este cambio es en gran parte porque los dispositivos ASIC son capaces de integrar estos grandes bloques de la funcionalidad del sistema y el "sistema en un chip" requiere mucho más que la lógica de los bloques.

In their frequent usages in the field, the terms "gate array" and "semi-custom" are synonymous. En sus usos frecuentes en el campo, los términos "arreglo de compuerta" y "semi-custom" son sinónimos. Process engineers more commonly use the term "semi-custom" while "gate-array" is more commonly used by logic (or gate-level) designers. Los ingenieros de proceso más común utilizar el término "semi-custom", mientras que "gate-array" es más comúnmente utilizado por la lógica (o puerta de nivel) los diseñadores.
[ edit ] Full-custom design [Editar] Full-diseño personalizado
Main article: Full custom Artículo principal: personalizado completo

By contrast, full-custom ASIC design defines all the photo lithographic layers of the device. Por el contrario, completa el diseño ASIC define todas las capas de fotos litográfica del dispositivo. Full-custom design is used for both ASIC design and for standard product design. El diseño personalizado completo se utiliza tanto para el diseño de ASIC y de diseño de productos estándar.

The benefits of full-custom design usually include reduced area (and therefore recurring component cost), performance improvements, and also the ability to integrate analog components and other pre-designed (and thus fully verified) components such as microprocessor cores that form a system-on-chip. Los beneficios de diseño completamente personalizado por lo general incluyen la reducción del área (y por lo tanto componente de los costes recurrentes), mejoras de rendimiento, y también la capacidad de integrar componentes analógicos y otros pre-diseñadas (y por tanto plenamente verificado) componentes tales como los núcleos microprocesador que forma un sistema de -on-chip.

The disadvantages of full-custom design can include increased manufacturing and design time, increased non-recurring engineering costs, more complexity in the computer-aided design (CAD) system and a much higher skill requirement on the part of the design team. Las desventajas de diseño totalmente personalizado puede incluir aumento de la fabricación y el tiempo de diseño, el aumento de los costes no recurrentes de ingeniería, una mayor complejidad en el diseño asistido por ordenador (CAD) y el requisito de habilidad mucho mayor por parte del equipo de diseño.

However for digital-only designs, "standard-cell" cell libraries together with modern CAD systems can offer considerable performance/cost benefits with low risk. Sin embargo, para los diseños digitales solamente, "estándar de células" bibliotecas de células, junto con modernos sistemas de CAD puede ofrecer un rendimiento considerable y los beneficios de costos con bajo riesgo. Automated layout tools are quick and easy to use and also offer the possibility to "hand-tweak" or manually optimise any performance-limiting aspect of the design. Herramientas de diseño automatizado son rápidos y fáciles de usar y también ofrecen la posibilidad de "ajustar a mano" o manualmente optimizar el rendimiento de cualquier limitación de los aspectos del diseño.
Nerio Ramirez