Нахальные чиплеты встречаются с супер-ноками

Feb 14, 2024

Клайв «Макс» Максфилд | 22 августа 2023 г.

В последнее время я наблюдаю все большую активность в области чиплетов (несколько кремниевых кристаллов на общей подложке). Некоторые крупные игроки уже некоторое время используют собственные разработки, но, похоже, дела идут так, что в не столь отдаленном будущем каждый сможет присоединиться к веселью.

Прежде чем мы с азартом и самоотверженностью бросимся в бой с головой (и с апломбом, конечно), было бы полезно определить несколько терминов, чтобы убедиться, что мы все танцуем чечетку под один и тот же звук волынки.

Давайте начнем с интегральной схемы (ИС), которая представляет собой схему, состоящую из набора компонентов (транзисторов, резисторов и т. д.), реализованных на небольшом плоском куске полупроводникового материала. Хотя могут использоваться самые разные полупроводники, наиболее распространенным является кремний, поэтому такие устройства обычно называют «кремниевыми чипами».

Фраза «монолитная интегральная схема» часто используется, чтобы отразить и подчеркнуть тот факт, что все реализовано на одном, прочном, бесшовном куске кремния, тем самым отличая эти схемы от их предшественников, которые были созданы с использованием наборов дискретных (индивидуально упакованных) компонентов.

Микросхемы могут быть аналоговыми, цифровыми или смешанными (как аналоговыми, так и цифровыми) по своей природе. Я не буду упоминать радиочастотные (РЧ) устройства, потому что от одной мысли о том, что нужно для их разработки, у меня болит голова.

Термины ASIC, ASSP и SoC часто вызывают путаницу у неосторожных людей. Как я написал в своей книге «Бибоп к булевому буги: нетрадиционное руководство по электронике» (которую я сам часто использую в качестве справочника): «Вообще говоря, специализированная интегральная схема (ASIC) – это компонент, который разработан и// или используется одной компанией в конкретной системе. Для сравнения, стандартный продукт для конкретного приложения (ASSP) представляет собой устройство более общего назначения, созданное с использованием инструментов и технологий ASIC, но предназначенное для использования несколькими фирмами-разработчиками систем. Между тем, система-на-кристалле (SoC) — это ASIC или ASSP, которая действует как целая подсистема, включающая один или несколько процессоров, память, периферийные устройства, специальную логику и т. д.».

Здесь стоит отметить несколько вещей. Когда они слышат термины ASIC и ASSP, многие люди сразу же думают о цифровых устройствах, но это потому, что эти люди пришли из цифровой сферы. Разработчики аналоговых систем вполне могут считать своими чисто аналоговыми творениями ASIC и ASSP. Поклонники аналогового звука также любят говорить, что цифровой формат — это разновидность аналогового, и это объясняет, почему у них не так много друзей, и они склонны в конечном итоге стоять в одиночестве в углу на вечеринках. При этом даже «чисто цифровые» устройства, содержащие ошеломляющее количество цифровых функций, почти всегда будут включать в себя несколько аналоговых элементов для мониторинга таких параметров, как напряжение и температура, а также некоторые более крупные аналоговые функции, такие как системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Примерно в 1970-х годах в микросхемах было реализовано лишь небольшое количество цифровой логики (я имею в виду устройства серии 7400 от Texas Instruments и компоненты серии 4000 от RCA). Печатные платы (PCB) в те времена могли содержать сотни таких компонентов. Со временем мы стали использовать меньше устройств, каждое из которых содержит больше цифровых функций.

В каждом полупроводниковом процессе существуют правила минимального размера структур, которые можно изготовить на кристалле. Каждый процесс нового поколения известен как технологический узел или узел процесса, обозначаемый минимальным размером функции, который может быть достигнут этим процессом (я упрощаю ситуацию, но уверен, что вы поняли суть). Исторически размеры этих элементов (следовательно, технологических узлов) определялись в миллионных долях метра (микрометров или мкм). Первые ASIC, которые я разработал примерно в 1980 году, были устройствами Toshiba, реализованными на 5-мкм узле. В наши дни технологические узлы указываются в миллиардных долях метра (нанометров или нм).