Что служит основой для чипов: Создана модель человеческого гематоретинального барьера на основе микрожидкостного чипа

05.04.2002, Пт, 16:04, Мск

Американской компании Applied Digital Solutions (ADS) разрешили продавать микрочипы под кодовым названием VeriChip, вживляемые человеку и содержащие его идентификационный код, но не медицинские данные. Однако этот ID-код может быть связан с базой данных, в которой находится информация любого рода.

В заявлении ADS не упоминается один важный момент: FDA не рассматривает чип как медицинский прибор, если он служит только для идентификации личности. Однако, как отметил глава департамента медицинских приборов FDA Дэвид Фейгель (David Feigal), «если они поместят туда медицинские данные, мы будем обеспокоены его использованием». В этом случае, как дал понять д-р Фейгель, управление может вмешаться и запретить распространение микрочипа. Это объясняется тем, что медицинские данные на чипе могут устареть, что может быть куда опаснее для пациента, чем полное отсутствие информации.

VeriChip отныне будет нести лишь идентификационный номер, заявил Дэвид Хьюгес (David Hughes) из консалтинговой компании Technology Sourcing International, которая помогала Applied Digital вести переговоры с FDA. Однако этот ID-код может быть связан с базой данных, в которой находится информация любого рода.

Сама идея вживления чипов человеку находит немало противников, считающих, что использование этой технологии может привести к глобальной слежке и образованию тоталитарного строя, описанного, к примеру, Джорджем Оруэллом в «Большом брате». Мистически настроенные натуры видят в чипе-имплантанте «метку сатаны», возвещающую о приближении конца света. Для многих семей, где есть тяжело больные люди (дети, страдающие аутизмом, детским церебральным параличом или синдромом Дауна, пожилые люди с синдромом Альцгеймера), такой чип — это возможность вовремя оказать медицинскую помощь, найти потерявшегося человека, пока он не попал в беду. Особенно это касается тех случаев, когда сам больной не может рассказать врачу о своем состоянии, указать свое имя и координаты родственников.

Теоретически чип может служить средством получения докторами информации о хирургически вживленных пациенту приборах — к примеру, электронных стимуляторах сердца и искусственных суставах. Чипы могут нести информацию о том, где и когда данные устройства были имплантированы пациенту, и каким образом осуществлялось лечение.

VeriChip — размером с рисовое зернышко — был впервые представлен 19 декабря 2001 года. Он основан на технологии радиочастотной идентификации (RFID), которая широко используется в индустрии, в частности, для создания меток-транспондеров, которые прикрепляют на товары в магазинах во избежание краж. Каждый чип, кроме введенной информации, несет свой собственный уникальный идентификатор. Маркетингом и распространением чипа-имплантанта в США буде заниматься корпорация VeriChip, подразделение Applied Digital Solutions, основанное 7 февраля 2002 года.

Активируемый радиосканером чип будет посылать свой радиосигнал из-под кожи человека, передавая хранимые на нем данные — до 6 строк текста, заявляют разработчики. Сам по себе чип сможет имплантировать любой врач под местной анестезией с помощью прибора, напоминающего большую иглу, причем на место вживления не нужно накладывать швы.

Медицинский ум: чем может помочь искусственный интеллект здравоохранению

ADS планирует продавать микрочип по цене около $200. Сканирующее устройство для считывания информации на имплантанте будет стоить $1-3 тыс.

ADS занимает сейчас $95-миллионную долю рынка и ежегодно получает около $165 млн. прибыли от продажи чипов-имплантантов, своего рода радиомаячков, помогающих фермерам вести учет рогатого скота, домашних животных и даже стай лосося, а также браслетов со спутниковой системой глобального позиционирования (GPS), которые позволяют постоянно следить за местонахождением носящего его человека. Компания разработала также линейку устройств под названием «Цифровой Ангел» (Digital Angel). «Ангел» — наручные часы и пейджер, подключенный к диспетчерскому пункту по протоколу сотовой связи, — с помощью системы GPS передает туда местонахождение владельца этого устройства, а в будущем сможет также передавать полученные с помощью биосенсоров данные о его физическом состоянии — температуре тела, пульсе, химическом составе крови и других параметрах.

Источник: по материалам Associated Press, BBC, официального пресс-релиза Applied Digital Solutions.

Гетерогенные медиа-чипы следующего поколения

Ученые показали, как можно вырастить оптические чипы в обычной чашке Петри

Современная индустрия фотоники ведет непрерывную гонку за компактностью устройств, начиная от систем вычисления и заканчивая сенсорами и лидарами. Для этого исследователи всего мира постоянно работают над тем, чтобы уменьшить размер лазеров, транзисторов и других комплектующих. Группа ученых во главе с сотрудниками Университета ИТМО предложила метод, позволяющий быстро и дешево создавать оптические чипы прямо в обычной чашке Петри. Работа опубликована в журнале ACS Nano.

Иллюстрация предоставлена авторами статьи

Люди все чаще используют устройства на основе микроскопических лазеров и работающих на их основе оптических чипов. Они нужны для создания лидаров, разработки новых биосенсоров. А в перспективе они могут лечь в основу новых оптических компьютеров, которые будут передавать и обрабатывать информацию не с помощью движения электронов, а с помощью частиц света ― фотонов.

Сейчас зачастую оптические чипы работают в инфракрасном диапазоне, то есть лазер в них излучает свет в ИК-спектре, не видимом человеческому глазу.

«Однако для дальнейшей компактизации необходим переход в видимый диапазон, поскольку размер чипа зависит от длины волны, на которой идет излучение», ― рассказывает главный научный сотрудник физико-технического факультета Университета ИТМО Сергей Макаров.

Слева направо: Павел Трофимов, Анатолий Пушкарев, Иван Синев и Сергей Макаров. Фото предоставлены авторами статьи

Оптический чип состоит из таких основных компонентов, как лазер и волноводы. Если сделать источник, который бы генерировал лазерное излучение в зеленом или красном спектре, сравнительно просто, то с волноводом проблема сложнее.

«Микролазер является источником излучения, который в дальнейшем нужно выводить куда-то, для этого и существуют волноводы, ― поясняет старший научный сотрудник физико-технического факультета Университета ИТМО Иван Синев. ― Однако стандартные кремниевые волноводы, которые используются в инфракрасной оптике, не работают в видимом диапазоне. Они передают сигнал не далее, чем на несколько микрометров. Для оптического чипа нам нужна передача на десятки микрометров, при этом локализация света в этих волноводах должна быть высокая, чтобы волновод имел максимально тонкий поперечник, а свет при этом бежал бы по нему достаточно далеко».

Ранее ученые предпринимали попытки заменить кремниевые волноводы на серебряные, однако и в таких системах расстояние передачи сигнала также не было достаточным.

В итоге группа ученых, в которую вошли специалисты Университета ИТМО, Академического Университета им.Ж.И. Алферова, а также Университета Лотарингии, выбрали в качестве материала для волноводов фосфид галлия (GaP). Этот материал обладает очень маленькими потерями в большей части видимой части спектра и высоким показателем преломления. При этом сам микролазер сделан из галогенидного перовскита. Однако самое главное, что источник света сам растет на волноводе в обычной чашке Петри.

«Прелесть подхода в том, что мы сразу создаем перовскитные микролазеры с внедренными в них нановолноводами, ― отмечает Сергей Макаров. ― Это делается путем сокристаллизации GaP нановолновода и перовскитного микролазера в растворе перовскитных чернил. То есть мы уходим от дорогих методов нанолитографии к методам растворной химии, что значительно проще и дешевле. После этого лазер с волноводом высаживается на подложке, формируя основу для оптического чипа».

Получившиеся системы способны передавать световой сигнал на расстояние, которое значительно больше, нежели у аналогов с серебряными или кремниевыми нановолноводами. При этом размер элементов чипа примерно в три раза меньше, нежели у аналогов, работающих в инфракрасном спектре.

Иллюстрация из статьи

Еще одной особенностью чипа является возможность легко настраивать световой диапазон лазера от зеленого до красного. Причем цвет излучения можно поменять после создания чипа, и этот процесс обратим.

«Изменение цвета излучения оптического чипа происходит химическим методом, ― поясняет старший научный сотрудник физико-технического факультета Университета ИТМО Анатолий Пушкарев. ― Мы помещаем подложку с оптическим чипом в пары иодоводородной или бромоводородной кислоты всего на пару минут. Этого времени вполне достаточно, чтобы произошел анионный обмен между перовскитным микролазером и молекулами кислоты, который меняет химический состав перовскита, а значит и длину волны его излучения».

Это может быть полезно для устройств, где необходима передача сигнала на разных длинах волн. Так, для подобного устройства можно создать несколько разных лазеров, подключить их к одному волноводу, и тогда по нему будет идти сразу несколько световых сигналов разного цвета.

Иллюстрация из статьи

Также ученые установили на созданный ими чип оптическую наноантенну из перовскита, которая улавливает сигнал, идущий по волноводу, позволяя связать источник и приемник-преобразователь в одну систему.

«Мы добавили наноантенну на другой конец нашего волновода, ― говорит аспирант физико-технического факультета Университета ИТМО Павел Трофимов. ― То есть у нас есть генератор света, волновод и наноантенна, которая светится под воздействием излучения микролазера. К ней мы приставили другой волновод. В результате излучение от одного лазера передавалось на два волновода. При этом наноантенна не только эффективно связывала все это в единую систему, но и преобразовывала часть зеленого света в красный спектр. Таким образом, была одна длина волны ― стало две, был один канал ― стало два».

Работа ученых была опубликована в одном из ведущих научных журналов ACS Nano.

Константин Крылов

Журналист

Самоубийственная технология: в чем опасность мозгового чипа Илона Маска :: РБК Тренды

Фото: Patrick T. Fallon / Bloomberg

Разработанный компанией Илона Маска мозговой чип поможет людям с физическими и умственными ограничениями, но его широкое применение поставит общество на грань самоубийства, предупреждает профессор Шнайдер из Принстона

В июле 2019 года в здании Калифорнийской академии наук в Сан-Франциско миллиардер Илон Маск представил новейшую разработку своей компании Neuralink — мозговой чип N1. Это небольшое беспроводное устройство, призванное дополнить биологический интеллект искусственным, объединив способности людей и роботов. Чтобы установить его, достаточно просверлить в черепе отверстие диаметром 2 мм.

Чип призван помочь людям со слабоумием или параличом контролировать свои движения, но в перспективе сможет сгладить последствия возможного «восстания машин», которое произойдет, когда и если искусственный интеллект (ИИ) превзойдет по силе человеческий разум и захватит планету. С чипом N1, уверен Маск, человек всегда будет на шаг впереди машины, объединяя в себе все лучшее от биологического разума и ИИ.

За прошедшие несколько недель многие ученые подвергли идею миллиардера критике. Так, в колонке для Financial Times психолог и философ, преподаватель Принстона и Университета Коннектикута Сьюзан Шнайдер назвала совмещение мозга и ИИ «самоубийством для человеческого сознания». Причем инновация вызывает вопросы как технологического, так и философского характера, говорит Шнайдер.

Ссылаясь на австралийского писателя-фантаста Грега Игана, она описывает гипотетический сценарий будущего. Представьте, что сразу после рождения некое устройство под названием «алмаз» вживляется вам в мозг. «Алмаз» постоянно отслеживает активность мозга, обучаясь копировать ваши мысли и поведение. К тому моменту, как вы повзрослели, устройство настолько хорошо вас изучило, что фактически является копией мозга. И теперь можно спокойно провести хирургическое удаление мозга, оставив в черепе лишь «алмаз».

«Поскольку невозможно себе представить, чтобы сознание как таковое было скопировано на устройство, с удалением мозга вы просто-напросто себя убьете, — говорит Шнайдер. — Это говорит о том, что соединение человеческого интеллекта с ИИ, именно в смысле последующего вытеснения первого вторым, непродуманно и опасно».

С другой стороны, прогресс еще не достиг того уровня, на котором чип может «скопировать» информацию из мозга, признает Шнайдер. На данном этапе Маск планирует вживлять чип N1 испытуемым с параличом конечностей, причем в определенные участки коры мозга, ответственные за движение. «Инновации на основе ИИ действительно могут использоваться для поддержки активности нейронов. Но замена ими нормально работающих частей мозга в какой-то момент может убить пациента», — предупреждает Шнайдер. По ее словам, чем дальше заходит прогресс, тем сложнее будет остановиться.

Что необходимо знать при покупке памяти

1. Введение

В настоящее время стоимость памяти упала настолько, что прибыль производителей и продавцов составляет менее 20%. Это заставляет их при производстве плат памяти использовать низкосортные чипы, генераторы четности, на самом деле не осуществляющие контроль, чипы, уже использовавшиеся ранее, а также перемаркировывать их. Этот материал является попыткой дать покупателям памяти ту необходимую информацию, которая позволит им сделать правильный выбор при покупке системной памяти. Здесь содержится и техническая информация, которая может заинтересовать только «продвинутых пользователей», и информация из «области общих знаний и знаний о природе».

Основная часть этого материала посвящена Dynamic RAM (DRAM), применяемой на сегодняшний день в большей части систем. По сравнению с SRAM (Static RAM), применяемой в кеше второго уровня, это — более дешевое решение, однако DRAM работает несколько медленнее из-за необходимости периодического обновления содержимого памяти во избежание потери информации. В настоящее время существуют следующие разновидности DRAM: Fast Page Mode (FPM) и Extended Data Out (EDO), отличающиеся способом доступа к данным и взаимодействием с центральным процессором. Более продвинутыми и технологичными являются Burst EDO (BEDO), Synchronous DRAM (SDRAM),Video RAM (VRAM), Window RAM (WRAM), Synchronous Graphics RAM (SGRAM) и RAMBUS RAM.

В этот список не попали Static RAM (SRAM) и Read Only Memory (ROM). SRAM не нуждается в периодическом обновлении содержимого и применяется в кеше. ROM используется в основном для хранения BIOS, где информация должна сохраняться и при выключенном питании, что и позволяет этот тип памяти. ROM включает в себя также PROM, EPROM, EEPROM и FLASH ROM. Память типа EEPROM и FLASH ROM используется в системах BIOS и может быть обновлена при помощи утилит, поставляемых производителем.

Вторая и третья часть этой статьи посвящены техническим деталям и принятой терминологии. В четвертом параграфе обсуждается конструирование модулей памяти из чипов и разнообразные технические решения. В пятом разделе обсуждается рынок модулей памяти и основные его участники. Если технические детали вас не привлекают, обратитесь к шестому разделу, где рассказывается как определить подделки с возможно большей вероятностью. Последний раздел — это краткий обзор всей статьи.

2. Чипы памяти

Модули памяти DRAM выпускаются в виде: DIP (dual in-line package), SOJ (small outline J-lead) и TSOP (thin, small outline package). DIP — это микросхема с двумя рядами выводов по обе стороны чипа и впаиваемая этими контактами в небольшие отверстия в печатной плате. Изначально, модули DIP устанавливались непосредственно в материнскую плату. Однако, в настоящее время, они используются в первую очередь в кеше второго уровня и вставляются в панельки, припаянные к материнской плате. SOJ — это «тот же DIP, вид сбоку», потому что их выводы просто загнуты на концах, как буква «J». Чипы типа TSOP отличаются небольшой толщиной и имеющие контакты, выведенные во все стороны. SOJ и TSOP разработаны для установки на печатных платах. Однако некоторые производители видеокарт монтируют контактные площадки для установки модулей типа SOJ на свои изделия.

Производители микросхем памяти клепают их в огромных количествах на больших заводах. Когда были запущены первые производственные линии, не все произведенные чипы удовлетворяли спецификации и поэтому требовали перемаркировки или даже утилизации (например путем закатывания в асфальт :). С совершенствованием технологии дефектов становилось все меньше и меньше. Однако вследствие устаревания оборудования объем брака снова увеличивался. В настоящее время большинство производителей выполняет замену технологических линий.

Теоретически, каждый чип по выходу с производственной линии должен быть проверен на надежность и быстродействие в соответствии со спецификацией. Однако, чип может иметь меньшую скорость доступа, чем написано на нем (работать быстрее). Например, 60ns-чип может работать и как 59ns — или даже как 50ns-чип. Если же заводские тесты показали, что фактическая скорость доступа чипа 61 или 69ns, то он будет промаркирован как 70ns-чип. Чипы, показавшие устойчивую работу на всех тестах, относятся к классу А (независимо от быстродействия), чипы с небольшими дефектами будут отнесены к классу С, а чипы имеющие значительные дефекты обычно уничтожаются.

Чипы класса А наиболее надежны и считаются чипами высшего качества. Они также являются наиболее дорогими, потому что обеспечивают устойчивую работу в любых условиях. Чипы класса С применяются в устройствах, не столь требовательных к системной памяти как современные компьютеры, например в пейджерах, калькуляторах и в другой бытовой технике. Некоторые производители дополнительно применяют другую классификацию для идентификации чипов.

Производители наносят на каждую микросхему маркировку, включающую название производителя, конфигурацию чипа, скорость доступа и дату производства. Эта маркировка наносится не на поверхность, а внедрена в пластмассовый корпус чипа. Единственный способ удалить эту маркировку — спилить ее (шкуркой или напильником :). Далее на чип наносится защитное покрытие, предающее ему презентабельный вид. Кроме того, некоторые производители наносят на верхнюю часть микросхемы небольшую рельефную точку для обозначения первого вывода чипа и для идентификации перемаркировок, выполненных кустарно.

Производители используют различную маркировку для чипов разного класса. Например, Micron использует маркировку MT для чипов класса А, а чипы других классов маркируются как USA или Laser в зависимости от того, насколько они плохи. Другие производители используют название страны для маркировки чипов низших классов. Таким образом, можно встретить чипы с надписями типа «japan», «france», «korea», и т.п. Увидев чип с такой маркировкой, догадливый покупатель смекнет, что этот чип сделан из нестандартных, дешевых материалов и не полностью соответствует спецификации. Кроме того производители имеют чипы различных ценовых категорий в зависимости от объема их тестирования. Например, тот же самый Micron опубликовал документ, в котором указывается на существование четырех ценовых категорий для их чипов. Чипы верхней ценовой категории протестированы тщательно и гарантируется отсутствие ошибок в 99.9% случаев. Наименьшую цену имеют микросхемы, которые на скорость и надежность не тестировались, то есть покупатель приобретает чипы «как есть» и ему может не повезти. В этом случае тестирование возлагается на покупателя.

Выпускаются чипы различной емкости (измеряемой в Мегабитах — 1Мегабайт=8*1Мегабит), например 1 Мегабит (в этом контексте обозначение Mb — это именно Мегабит), 4Mb, 16Mb, 64Mb и недавно появившиеся 256Mb. Каждый чип содержит ячейки, в которых может хранится от 1 до 16 бит данных. Например, 16Mb-чип может быть сконфигурирован как 4Mbx4, 2Mbx8 или 1Mbx16, но в любом случае его общая емкость 16Mb. Таким образом, первое число маркировки у некоторых производителей указывает на общее количество ячеек в чипе, а второе — на число бит в ячейке. Число бит на ячейку также влияет на то, сколько бит передается одновременно при обращении к ней.

Ячейки в чипе расположены подобно двумерному массиву, доступ к ним осуществляется указанием номеров колонки и ряда. Каждая колонка содержит дополнительные схемы для усиления сигнала, выбора и перезарядки. Во время операции чтения, каждый выбранный бит посылается на соответствующий усилитель, после чего он попадает в линию ввода/вывода. Во время операции записи все происходит с точностью до наоборот.

Так как ячейки DRAM быстро теряют данные, хранимые в них, они должны регулярно обновляться. Это называется refresh, а число рядов, обновляемых за один цикл — refresh rate (частота регенерации). Чаще всего используются refresh rates равные 2K и 4K. Чипы, имеющие частоту регенерации 2К, могут обновлять большее количество ячеек за один раз, чем 4К и завершать процесс регенерации быстрее. Поэтому чипы с частотой регенерации 2К потребляют меньшую мощность. При выполнении операции чтения, регенерация выполняется автоматически, полученные на усилителе сигнала данные тут же записываются обратно. Этот алгоритм позволяет уменьшить число требуемых регенераций и увеличить быстродействие.

Несколько управляющих линий используется для указания, когда осуществляется доступ к ряду и колонке, к какому адресу осуществляется доступ и когда данные должны быть посланы или получены. Эти линии называются RAS и CAS (Row Address Select — указатель адреса ряда и Column Address Select — указатель адреса колонки), адресный буфер и DOUT/DIN (Data Out и Data In). Линии RAS и CAS указывают, когда осуществляется доступ к ряду или колонке. Адресный буфер содержит адрес необходимого ряда/колонки, к которым осуществляется доступ и линии DOUT/DIN указывают направление передачи данных.

Скорость работы чипа асинхронной памяти измеряется в наносекундах (ns). Эта скорость указывает, насколько быстро данные становятся доступными с момента получения сигнала от RAS. Сейчас основные скорости микросхем, присутствующих на рынке — 70, 60, 50 и 45ns. Синхронная память (SDRAM) использует внешнюю частоту материнской платы для циклов ожидания, и поэтому ее скорость измеряется в MHz, а не в наносекундах.

FPM была практически вытеснена с рынка EDO RAM благодаря тому, что доступ процессора к EDO RAM осуществляется быстрее примерно на 60%, чем к FPM.

Доступ к данным в FPM осуществляется следующим образом (пример для операции чтения): когда на линию RAS подается логический ноль (низкое напряжение), адресный буфер содержит номер ряда, из которого данные должны быть переданы на усилитель сигнала. Затем следует такая же операция, но с CAS и с номером колонки. Далее включается линия DOUT, указывая на то, что данные доступны. Чтобы осуществить доступ к другой колонке того же ряда изменяется только CAS (это как раз и называется Fast Page Mode). Каждый раз при включении CAS, DOUT выключается, запрещая доступ к данным.

В памяти типа EDO используются такие же алгоритмы для RAS и CAS, но линия DOUT не выключается, когда включается CAS. Это позволяет начать доступ со следующей колонки не дожидаясь окончания передачи из текущей колонки. Это позволяет увеличить скорость доступа в пределах одной страницы и увеличить производительность системы.

BEDO (Burst EDO) разработана фирмой Micron Technology как попытка еще увеличить скорость памяти. Будучи разработанной, эта технология так и не вошла в широкое применение, так как SDRAM «круче». FPM, EDO и BEDO не рассчитаны на скорость шины более 66MHz. На настоящий момент это не так критично для большинства материнских плат, однако в ближайшем будущем ситуация должна измениться в связи с использованием больших скоростей шины. Так что в настоящее время модули BEDO применяются в основном для кеширования видеопамяти в профессиональных графических системах.

SDRAM (Synchronous DRAM) — наиболее перспективный из представленных на рынке типов памяти. Все операции в SDRAM синхронизированы с внешней частотой системы. Это позволяет отказаться от необходимости использования аналоговых сигналов RAS и CAS, требуемых для асинхронной DRAM, что увеличивает производительность. В перспективе, технология SDRAM позволит использование частоты шины до 125MHz. Это очень важно для общей производительности системы, так как частота шины ввода/вывода — узкое место для большинства компьютеров, ограничивающее функции современных систем. Для получения более подробной информации о работе SDRAM, обратитесь к FAQ по SDRAM.

3. Печатные платы

Современные печатные платы состоят из нескольких слоев. Сигналы, питание и масса разведены по разным слоям для защиты и разделения. Стандартные печатные платы имеют четыре слоя, однако отдельные производители плат памяти (например, NEC, Samsung, Century, Unigen и Micron) используют шестислойные печатные платы. Пока идут споры, действительно ли это лучше, теория говорит, что два дополнительных слоя улучшает разделение линий данных, уменьшает возможность возникновения шумов и перетекания сигнала между линиями.

Следует обратить внимание на разводку и материал из которого изготовлена печатная плата. Например, обычная четырехслойная плата сделана с двумя сигнальными слоями с внешних сторон, питанием и массой — внутри. Это обеспечивает легкий доступ к сигнальным линиям, например, при ремонте. К сожалению, такая архитектура плохо защищена от шумов, возникающих снаружи и внутри. Лучшая конфигурация — расположение сигнальных слоев между слоями массы и питания, что позволяет защититься от внешних шумов и предотвратить внутренние шумы от смежных модулей.

Неприятно, но единственный известный мне способ определить количество слоев в печатной плате и расположение сигнальных линий — обратиться к производителю.

4. Модули памяти

Многие думают, что модули памяти, которые они приобретают, произведены такими производителями полупроводников как Texas Instruments, Micron, NEC, Samsung, Toshiba, Motorola и т.д., чья маркировка стоит на чипах. Иногда это так, но существует множество производителей модулей памяти, которые сами чипов не производят. Вместо этого они приобретают компоненты для производства модулей памяти либо у производителей, либо у посредников. Случается, такие сборщики приклеивают наклейки на готовые модули для своей идентификации. Хотя нередко можно встретить модули вообще без опознавательных знаков, они сделаны третьими производителями.

Крупные производители модулей памяти имеют контракты с производителями чипов для получения высококачественных микросхем класса А. Обычно имя производителя микросхемы остается, однако некоторые производители модулей памяти имеют специальные договоренности, по которым производители микросхем наносят их маркировку вместо своей. Это — фабричная перемаркировка, никак не сказывающаяся на качестве чипа.

Модули памяти могут быть выполнены в виде SIPP (Single In-line Pin Package), SIMM (Single In-line Memory Module), DIMM (Dual In-line Memory Module) или SO DIMM (Small Outline DIMM). Наиболее употребительны сегодня модули DIMM и SIMM. SO DIMM чаще используется в ноутбуках. Выводы (контакты) модулей памяти могут быть позолочены или с оловянным покрытием в зависимости от материала, из которого выполнен слот для памяти. Для лучшей совместимости следует стремиться использовать модули памяти и слоты с покрытием из одинакового материала.

Существует две разновидности модулей SIMM: 30-контактные или 72-контактные, в зависимости от числа выводов модуля. 30-контактные модули имеют ширину 9 бит (8 бит и бит контроля четности), а 72-контактные модули — ширину 32 бита (без контроля четности) или 36 бит (с контролем четности). Так как процессоры 386 и 486 имеют 32-битную шину, необходимо использовать либо 4 30-контактных модуля SIMM, либо один 72-контактный модуль. Системы на базе процессоров Pentium, Pentium Pro и Pentium II имеют 64-битную шину, что требует использования 72-контактных модулей SIMM парами или единственного модуля DIMM, который имеет ширину 64 бита и 168 контактов. Необходимое число модулей памяти для заполнения шины называется «банком» памяти.

Модули DIMM подразделяются по напряжению питания и алгоритму работы. Стандартными для PC является небуферизированные модули с напряжением питания 3.3 вольта, поэтому другие на рынке практически отсутствуют. Небуферизованный DIMM может содержать память типа SDRAM, BEDO, EDO и FPM, иметь ширину 64 или 72 бита данных для контроля четности, а также 72 и 80 бит для ECC. Эти модули отличаются от остальных положениями ключей (пропилов) в контактной линейке. Если смотреть на модуль с лицевой стороны (со стороны чипов), то левый ключ (пропил) должен быть в крайнем правом положении, а средний — в среднем положении. Левый ключ определяет, является ли модуль буферизированым, а средний — определяет напряжение питания.

Буферизированные же модули должны иметь дополнительные приемно-передающие устройства на всех линиях данных и в персональных компьютерах класса PC не применяются.

Контроль четности заключается в сложении 8 значащих бит данных при записи в память и сохранении результата в девятом бите контроля четности. Во время чтения значащие биты снова складываются и результат сравнивается с сохраненным при записи битом контроля четности. Если результаты совпадают, считается что данные не изменились и их целостность подтверждается. Этот тип проверки может находить, но не исправлять ошибку в одном бите. Однако ошибка в двух битах останется незамеченной.

С учетом современных технологий производства памяти ошибка четности встречается примерно один раз в десять лет для любого модуля, однако если уж она встретилась, то последствия могут любые. В зависимости от типа приложений, контроль четности может и не требоваться. Для банковских, военных и подобных приложений, где целостность данных — одно из необходимых условий, требуется контроль четности, однако большинству обычных пользователей он не нужен.

Лучший уровень проверки данных достигается применением ECC (кода с исправлением ошибок), который использует 7 или 8 бит контроля четности (в зависимости от ширины шины процессора 4 или 8 байт соответственно). Это позволяет не только находить ошибку в одном бите, но и исправлять ее, а также находить ошибки в 2, 3 и даже 4 битах. Опыт показывает, что 98% ошибок случается в одном бите, следовательно, этот уровень контроля четности приемлем для большинства критичных к целостности данных приложений.

30-контактные модули могут быть обозначены как 1х9 или 4х9, что соответствует числу бит, которые могут быть переданы одновременно (включая бит четности), а 72-контактные модули могут обозначаться как 1х32 и 1х36 (для 4-мегабайтных модулей с контролем или без контроля четности). Почти все современные материнские платы поддерживают 72-контактные модули SIMM как с контролем четности, так и без него, а также модули DIMM.

Число чипов на модуле определяется как размером микросхем памяти, так и емкостью всего модуля. Например, требуется 32Mb для модуля емкостью 4 Мегабайта (8 бит — байт, поэтому число мегабит необходимо разделить на 8). Таким образом, 4-мегабайтный модуль может содержать либо восемь 4Mb чипов, либо два 16Mb. В связи с тем, что появляются новые чипы большей емкости, становятся доступными и модули памяти большей емкости (более чем 32 мегабайта), которые позволяют увеличивать общий объем оперативной памяти системы.

Установка большого количества чипов на один модуль может привести к его перегреву и выходу из строя всего модуля.

По причине того, что 72-контактные модули SIMM являются 32-битными, банки для этих SIMMов также 32-битные. Иногда, используя стандартные чипы, производят 64-битные модули памяти. Эти модули должны быть сконструированы как двухбанковые. Например, для получения 8 Мегабайтного модуля SIMM (требующего 64Mb), можно использовать: четыре 16Mb чипа (конфигурации 8х2Mb) — 32-битный однобанковый модуль; четыре 16Mb чипа (конфигурации 16х1Mb) или шестнадцать 4Mb чипов (конфигурации 4х1Mb) — 64-битный двухбанковый модуль. Заметим, что четыре 16Mb чипа (конфигурации 4х4Mb) работать не будут, так как этот модуль будет использовать только 16 бит данных, а если использовать восемь таких чипов, то будет получен однобанковый 16 Мегабайтный модуль SIMM. Но шестнадцать 4Mb чипов конфигурации 1х4Mb также не будут работать в 4-мегабайтном модуле. К сожалению, однобанковые 8-мегабайтные модули SIMM требуют применения схемы TTL, для эмуляции двух банков, что не поддерживается некоторыми материнскими платами — поэтому некоторые 4-чиповые модули SIMM иногда не работают.

В результате, все 8-мегабайтные модули SIMM (также как и 32-мегабайтные) либо являются двухбанковыми, либо эмулируют эту двухбанковость, для соответствия стандарту. Если производитель памяти игнорирует эти требования, то модуль памяти может и не работать во многих случаях.

DIMM — это не более, чем форм-фактор, и сам по себе вопрос, лучше они или хуже, чем SIMM, некорректен. Единственное заведомое достоинство 168-пинового модуля DIMM — это то, что в пентиумную плату их можно устанавливать по одному, в то время как модули SIMM ставятся парами. Очевидно, что это достоинство крайне несущественно. Однако для, скажем, EDO DIMM оно фактически единственное. Другое дело, что все практически все производимые в настоящее время модули DIMM оснащены памятью типа SDRAM.

5. Рынок памяти

Большинство чипов (около 80%), изготавливаемых основными производителями полупроводников, не используются в их собственных продуктах, а продаются в больших количествах другим компаниям по контрактам, в которых оговаривается фиксированные цены и объемы поставки. Так как строительство заводов обходится недешево и занимает немало времени, то такие контракты гарантируют окупаемость предприятия и защищают производителя от колебаний рынка. Оставшиеся чипы реализуются через дистрибьюторскую сеть.

Основные производители модулей памяти Kingston, Century, Unigen, Simple, Advantage, и др. закупаются непосредственно у изготовителей чипов. Лучшие производители используют чипы класса А, чтобы гарантировать надежность своей продукции. Некоторые мелкие «левые» производители покупают чипы либо на сером рынке, либо чипы низшего класса у производителей, а также могут использовать чипы, снятые со старых или бракованных модулей. Это позволяет поддерживать низкие цены, жертвуя качеством и надежностью.

Для производства готового модуля памяти требуется немного: печатная плата, несколько чипов (и естественно оборудование для монтажа чипов), а также некоторая информация о сборке. Качество готового модуля определяется качеством чипов и производственным процессом. Хотя главной частью модуля являются чипы, но на качество, совместимость и надежность продукции также влияют: качество печатной платы, управление производством и разводка цепей. Производитель должен быть внимателен для сохранения работоспособности чипов, так как высокая температура, применяемая при пайке, может повредить изделие или уменьшить его надежность и производительность, даже приводя к несоответствию маркировке.

Как и говорилось ранее, скорость чипа нанесена на его внешней стороне, вместе с другими данными. Обычно она указывается после знака «-» или последними одной или двумя цифрами в маркировке. Например, скорость доступа 60ns может быть обозначена как «-6», «-06» или «-60», а также что-то вроде «GM71C17400AJ6», где нас интересует последняя цифра. Скорость доступа показывает, сколько времени надо чипу на ответ центральному процессору, поэтому лучше чтобы она была меньше.

В принципе, чем быстрее скорость шины, тем более быстрая память должна применяться в системе. Например, частота шины 8MHz требует всего лишь 150ns модулей, 33MHz — 70ns модулей, а 66MHz — 60ns модулей. Применение более быстрых модулей не вызывает проблем, однако использование более медленных модулей может приводить к ошибкам в работе приложений и зависаниям. Желательно, чтобы скорость всех модулей памяти, установленных в системе, особенно в одном банке, совпадала. Если даже все модули имеют скорость быстрее, чем нужно для процессора, это не вызывает побочных эффектов. Как говорилось ранее, та скорость, которая написана на чипе, указывает всего лишь на наименьшую скорость его работы. Теоретически (и реально), модуль памяти может, например, иметь один из чипов скоростью 52ns, другой — 56ns, а третьий — 60ns.

6. Памятка покупателю

ЗНАЙТЕ, ЧТО ВЫ ПОКУПАЕТЕ! Сначала определите производителя чипов и производителя модуля. Существует множество производителей чипов и знать их всех весьма затруднительно. Посмотрите список производителей чипов и модулей. Хотя все ведущие производители изготавливают высококлассные чипы, но они также продают и свои чипы класса С, и можно напасть просто на некачественную продукцию. Поэтому найдите хорошего, известного продавца, который может внятно объяснить, где он взял эту память, потому что другого пути отличить память класса С мы предложить не можем.

Многие производители модулей дают пожизненную гарантию, даже на модули с чипами низшего класса. Причины этого могут быть различными, но тем не менее они выигрывают, так как большинство пользуется своими системами более нескольких лет и мало кто загружает компьютер настолько, что память эксплуатируется в жестком режиме. Чипы низкого класса (даже использованные) могут удовлетворительно работать в течении нескольких лет, но все же их надежность ниже, чем у новых чипов класса А. Может уйти немало времени на установление того факта, что ошибки приложений связаны с плохой памятью, а не с ошибками программ.

К сожалению, в настоящее время, недостаточно посмотреть на имя производителя на чипе. В связи с нарастающей конкуренцией на рынке памяти, существует немало способов снижения цены, в основном все они идут в ущерб качеству. Знание того, на что обратить внимание поможет снизить вероятность покупки некачественных модулей, то есть необходимо разбираться в закорючках и значках, нанесенных на чипы.

ПОВТОРНО ПРОИЗВЕДЕННЫЕ МОДУЛИ. Один из популярных способов экономии и то, на что надо обратить внимание, это так называемые «повторно произведенные модули». Как было сказано выше, каждый производитель наносит дату на чип (кроме TI, который наносит ее на печатную плату). Эта дата имеет вид «ГГНН», где ГГ — год, а НН — номер недели, в которую произведено изделие. Например, надпись «9622» обозначает, что чип произведен в 22-ю неделю 1996 года.

Имейте в виду, что все чипы одинаковой конфигурации на одном модуле должны иметь одну и ту же (или близкие) дату и производитель всех чипов должен быть один (иногда это правило нарушается, но не часто). Чипы данных и чипы четности иногда могут иметь разные даты производства, так как возможна их разная конфигурация. Но тем не менее даты не должны отличаться очень сильно.

Если эти даты отличаться, то есть большой шанс нарваться на «повторно произведенный модуль». В этом нет ничего плохого, кроме того, что это может повлиять на надежность из-за повторного нагрева чипов при перепайке (помните, температура может нанести ущерб надежности и скорости чипа). Кроме того, эти чипы, скорее всего, уже использовались, и вы бы не захотели их покупать, если бы не цена.

Другим отрицательным моментом может являться использование в 16-мегабайтных модулях 4Mb чипов. Это может привести к перегреву модуля при использовании, что может вызвать снижение надежности или выход из строя чипов.

ПЕРЕМАРКИРОВАННЫЕ ЧИПЫ. Еще один способ — перемаркировка чипов. Иногда, чтобы привести в соответствие имена и даты на чипах, первоначальные маркировки стираются и наносятся новые. Это является мошенничеством. Но узнать наверняка, были ли стерты оригинальные маркировки, нельзя.

Хотя иногда можно определить перемаркированные чипы, если иметь в виду следующее. Как написано в разделе о производстве, новый чип должен иметь гладкую блестящую поверхность, а многие производители наносят также рельефную точку на эту поверхность (эта точка маленькая, поэтому ищите лучше). Так как при перемаркировке поверхность чипа спиливается, то на вид она будет матовой и негладкой. Края точки будут уже не такими четкими, и отражающие свойства поверхности чипа также будут потеряны. И наконец, если маркировка легко стирается ногтем или ножом, то этот чип перемаркирован наверняка.

Как говорилось ранее, некоторые чипы перемаркировываются на фабрике. Это происходит из-за того, что производитель чипа не нанес свою маркировку. И это не является мошенничеством, и не является перемаркировкой. Учитывая вышесказанное, отличить перемаркированный кустарно чип, несложно.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ПАМЯТЬ. Еще один способ — продажа уже использовавшейся ранее памяти. Часто люди продают свою старую память. Продавец, купивший у них эту память, продает ее снова и действительно получает хорошую прибыль. Этого можно избежать проверкой даты на чипах, как сказано выше. Любой модуль годичной давности скорее всего уже использовался. Элементы памяти продаются неплохо, поэтому новая память не может так долго лежать на полке. Другой метод определения использованной памяти — посмотреть на контакты модуля. Они не должны быть поцарапаны. Хотя, если дата производства чипов не очень давняя, то этот модуль мог просто вставляться в материнскую плату для тестирования.

ПОДДЕЛКА КОНТРОЛЯ ЧЕТНОСТИ. Если требуется память с контролем четности, то необходимо иметь в виду, что существует битовый (настоящий) и логический (никакой) контроль четности. Если в первом случае контроль четности действительно происходит по описанному ранее алгоритму, то во втором случае происходит следующее: при записи бит четности никуда не записывается, а при чтении этот бит просто генерируется по выдаваемым данным. Это гарантирует, что сигнал контроля четности всегда подается на контроллер памяти. Таким образом, никакого контроля в действительности не происходит. Создание таких модулей имело смысл, когда применялись 30-контактные SIMM и микросхемы памяти были достаточно дороги (стоимость дополнительного чипа составляет приблизительно 12% от стоимости модуля, в случае применения 8 чипов данных). Если контроль четности не нужен, а система не поддерживает модули без контроля четности, то применение логического контроля — вполне приемлемое решение. К сожалению, эта практика была продолжена и в модулях с 72-мя контактами. Поэтому памяти с поддельным контролем уже продано немало.

Смысл таких махинаций заключается в извлечении дополнительной прибыли продавцом. Как же отличить реальный битовый контроль четности от логической подделки? Существует очень простой способ. Все модули, которые реализуют реальный контроль четности, имеют чип контроля, промаркированный, в том числе, буквами «BP». Это расшифровывается как «bit parity». Так что если этот чип не перемаркировывался, то его всегда можно найти на модуле. К тому же имея в виду, что модуль с настоящим контролем четности должен быть дороже на 8-12% из-за дополнительного чипа, если продавец предлагает память с четностью, дороже всего на пару долларов, то можно с уверенностью сказать, что контроль четности на таком модуле логический.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЕШЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ. Почти все мелкие производители пытаются также извлечь прибыль путем максимальной экономии, даже не впаивая иногда некоторые элементы на модуль. Естественно, это может вызывать немалые проблемы. Здесь можно прочитать об одной, наиболее известной из них.

* * *

СКОРОСТЬ ПАМЯТИ. В руководстве к любой материнской плате сказано, чипы с каким временем доступа рекомендуется использовать. Обычно предлагается применять чипы со скоростью доступа 70ns или быстрее. Это означает, что модули с чипами со скоростью доступа 60ns будут работать нормально, а применение модулей с 80ns чипами может приводить к ошибкам и зависаниям. Скорость доступа у модулей в одном банке должна быть одинакова, в то время как применение модулей с разными скоростными характеристиками в разных банках допускается. Но при этом система будет работать со скоростью самого медленного модуля.

EDO и FPM. Почти все современные материнские платы, включая и некоторые платы для 486 процессора, позволяют использование EDO RAM. Память типа EDO рекламировалась как значительно более быстрая по сравнению с FPM, однако реально это преимущество не так очевидно из-за применения на материнской плате быстродействующего кеша второго уровня. Без кеша, производительность систем с памятью типа EDO быстрее на 20%, чем систем с памятью FPM, однако если размер L2 кеша хотя бы 256 килобайт, это превосходство не превышает 1-2%.

SDRAM. SDRAM безусловно дает выигрыш в производительности по сравнению с ЕДО со временем доступа 60ns, однако вовсе не шестикратный, как можно подумать, глядя на маркировку. В частности, при частоте системной шины 66 МГц на чипсете 430TX (VX не оптимально использует SDRAM) память EDO 60ns позволяет организовать последовательный доступ по схеме 5-2-2-2, а SDRAM с маркировкой 10ns — по схеме 5-1-1-1, что дает выигрыш порядка 30%. (В действительности выигрыш заметно меньше, поскольку доступ к памяти далеко не всегда последовательный, и намного большее значение имеет кэш) Однако при увеличении частоты системной шины (тот же Интел официально еще не объявил процессоров, работающих на большей внешней частоте, но очевидно, что это не за горами) вплоть до 100MHz SDRAM 10ns будет по прежнему в состоянии поддерживать схему 5-1-1-1, а EDO 60ns будет либо неработоспособно вообще, либо будет работать по значительно худшей схеме.

ОЛОВО ПРОТИВ ЗОЛОТА. Некоторые источники сообщают, что материал из которого изготовлены контакты модуля памяти и соответствующего разъема, должны совпадать. То есть, покупая новые модули памяти, убедитесь, что их контактные площадки сделаны из того же материала, что и контакты в разъеме вашей материнской платы. Это сравнение можно выполнить чисто визуально, так как золотые контакты имеют желтый цвет, а оловянные — белый. Очевидно, что эта рекомендация базируется на том, что в некоторых (например, влажных) средах возможны реакции окисления в зоне соприкосновения различных металлов. Это может приводить к неустойчивой работе системы памяти и даже отказам.

ДВУХБАНКОВАЯ ПАМЯТЬ. Некоторые материнские платы могут использовать двухбанковые модули памяти размером 8 и 32 мегабайта. Поэтому важно перед покупкой таких модулей убедиться, что ваша материнская плата поддерживает эти модули. Например, многие платы на базе процессора 486 при использовании всех банков 30-контактных модулей SIMM не могут работать с двухбанковыми 72-контактными модулями SIMM.

ДВУХ- И ЧЕТЫРЕХЧИПОВЫЕ МОДУЛИ. Хотя применение таких модулей и не вызывает проблем, некоторые материнские платы могут не поддерживать четырехчиповые модули емкостью 8 Мегабайт, состоящие из 16Mb-чипов из-за нестандартной конфигурации. Как говорилось ранее, возможно создание однобанковых 8-мегабайтных модулей с 16Mb чипами путем эмуляции двух банков посредством TTL-схемы. Но не все материнские платы поддерживают такую конфигурацию, не распознавая эти модули или отказываясь грузиться. С другой стороны ни о каких проблемах с двухчиповыми модулями мне слышать не приходилось.

ЧАСТОТА РЕГЕНЕРАЦИИ. Лучше применять модули памяти с частотой регенерации 2К, чем с частотой 4К, так как они потребляют меньшую мощность. Модули с частотой регенерации 2К работают устойчивей из-за меньшего нагрева и более частого обновления данных.

СМЕШИВАНИЕ РАЗНЫХ ТИПОВ ПАМЯТИ. Существует множество рекомендаций по этой проблеме. Однако общее правило таково — в один банк устанавливать память одного типа, и не устанавливать память, не поддерживаемую материнской платой. Хотя и возможны некоторые исключения, следование этому правилу позволит избежать любых проблем.

Если материнская плата, например, поддерживает EDO, и если в одном банке установить FPM RAM, а в другом — EDO, вероятнее всего все будет работать правильно, хотя возможно, что EDO в этом случае будет работать как FPM. Некоторые платы требуют, чтобы в этом случае память типа EDO устанавливалась в первый банк. Если материнская плата не может правильно определить тип установленной памяти, то система будет работать некорректно или вовсе не будет работать.

Другой аспект этого вопроса связан со смешиванием модулей памяти с разным временем доступа. Если использовать модули одинакового быстродействия внутри одно банка, то проблем скорее не возникнет. При применении более медленной памяти, чем требует материнская плата (а эти требования основаны на частоте системной шины), возникает необходимость в добавлении дополнительных циклов ожидания при работе процессора с памятью. Эта операция выполняется путем изменения параметров Setup BIOS. В таком случае центральный процессор будет ожидать готовности данных несколько дольше. Если память работает настолько медленно, что даже не помогает добавление дополнительных циклов ожидания, то возможны многочисленные ошибки приложений и зависания.

Многие источники утверждают, что все модули памяти в системе работают со скоростью самого медленного модуля. Однако я не вижу аргументов, способных подтвердить или опровергнуть эту позицию. Мне это кажется маловероятным, так как быстродействие чипа — внутренняя характеристика, определяемая временем, проходящим с момента подачи сигнала RAS до появления данных на выходе. Шина же ничего не подозревает о том, насколько быстро они там появляются. Как уже говорилось, чип промаркированный, например, как 60ns может работать и быстрее. Главное, это то, чтобы к следующей передаче данных память была доступна. Это означает, что все модули, независимо от их быстродействия, будут работать с одной общей производительностью, определяемой тем, насколько быстро будут необходимы данные процессору или кешу. Если устанавливаются дополнительные циклы ожидания для применения в системе более медленной памяти, то все доступы к памяти начинают выполняться медленнее, так как шина простаивает дополнительное время. Это однако не означает, что внутри чипы начинают работать медленнее.

И еще один важный момент — это применение модулей DIMM совместно с модулями типа SIMM. Устанавливать их вместе не рекомендуется в связи с тем, что модули DIMM питаются от 3.3 вольт, а SIMM — от 5. При этом большинство материнских плат имеют общее питание для слотов SIMM и DIMM. В связи с этим, при установке модулей в оба типа разъемов, на DIMM будет подаваться повышенное напряжение 5 вольт. Это обстоятельство может привести к выходу из строя чипов на модуле. И хотя существуют факты, что модули совместно работают нормально, использование их в нештатном режиме если сразу не вызывает их выход из строя, то приводит к сокращению срока службы.

7. Заключение

Важно понимать, что с памятью также как и везде — за что вы платите, то и получаете. Если какая-то память предлагается по более дешевой цене, есть хорошие шансы, что и качество у нее более низкое. Даже если на дешевую память дается гарантия, нередко она оказывается бесполезной из-за того, что проблемы обнаруживаются после истечения ее срока.

Даже производство модулей памяти третьими производителями из хорошо зарекомендовавших себя чипов может приводить к значительному ухудшению их качества.

Так что лучше не экономить — и приобретать хорошую память в хороших фирмах, которые к тому же могут производить ее тестирование.

Что такое кремний и почему из него делают компьютерные микросхемы?

Это может показаться глупым вопросом, на который можно ответить всего несколькими короткими словами: Кремний — 14-й элемент в Периодической таблице. Это одна из фундаментальных составляющих Вселенной, на один протон тяжелее алюминия, на один протон легче фосфора.Тем не менее, кремний, в большей степени, чем любой другой элемент, слишком часто встречается на таких сайтах, как ExtremeTech — это основной компонент строительных материалов, из которых состоит ваш дом, это основа всех современных компьютерных процессоров, и это даже самый главный компонент. вероятный кандидат в основу внеземной жизни, не связанной с углеродом. Что именно делает кремний таким особенным?

Ну много чего.

Главной отличительной особенностью кремния является то, что, попросту говоря, его чертовски много.После кислорода это второй по распространенности элемент в земной коре, но не стоит ожидать, что он просто валяется где-то поблизости. Кремний почти никогда не встречается в природе в чистом виде и практически всегда входит в состав других элементов. Чаще всего это силикат (SiO ₄ , или один атом кремния, связанный с четырьмя атомами кислорода) и кремнезем (SiO ₂ , или один атом кремния, связанный с двумя атомами кислорода). Кремнезем в грубой и сильно загрязненной форме является основным компонентом песка.Полевой шпат, гранит, кварц и многое другое основаны на кремний-кислородных соединениях.

Смешайте это с водой и гравием, и вы получите бетон.

Соединения кремния обладают широким спектром полезных свойств, в основном потому, что они могут очень прочно связывать другие атомы в сложной структуре. Различные силикаты, такие как силикат кальция, являются основным компонентом портландцемента, основным связующим веществом в бетоне, растворе и даже штукатурке. Некоторые материалы, богатые силикатами, можно нагреть для получения закаленной керамики, например, фарфора, в то время как другие будут плавиться, образуя основную в мире форму стекла — натриево-известково-известковое стекло.Кремний также может быть полезен в качестве следовой добавки к другим веществам, таким как чугун, в котором используются как углерод, так и кремний, чтобы сделать железо более упругим и менее хрупким.

И да, силикон также является основным структурным компонентом синтетического силикона, но не путайте их: если бы это действительно была Силиконовая долина, мир технологий был бы совсем другим местом, чем мы видим сегодня.

При выборе элемента для использования в качестве основы компьютерного транзистора ключевым словом является сопротивление.Проводники имеют низкое сопротивление и очень легко пропускают электрический ток, в то время как изоляторы имеют (предсказуемо) высокое сопротивление и замедляют или блокируют поток электронов. Для транзистора, который должен иметь возможность включаться и выключаться по желанию, нам потребуется в полупроводнике полу вещество с сопротивлением между проводником и изолятором. Лучшие полупроводники для промышленности можно обрабатывать широким спектром «легирующих добавок», чтобы при необходимости точно отрегулировать их сопротивление.

Чистый кристалл кремния, называемый слитком.

Кремний — не единственное полупроводниковое вещество на Земле, это даже не лучший полупроводник на Земле. Что это, безусловно, самый распространенный полупроводник на Земле. Кремний легко доступен во всем мире; вам не нужно импортировать его из специальных африканских рудников или месяцами проводить дорогостоящую и загрязняющую обработку, чтобы получить немного. С ним легко работать, и, что наиболее важно, ученые придумали надежные способы выращивания его в идеально упорядоченные кристаллы. Эти кристаллы относятся к кремнию, как алмаз к углероду.

Выращивание огромных, почти идеальных кристаллов кремния — один из основных навыков в производстве современных компьютерных микросхем. Затем эти кристаллы нарезают на тонкие пластины, затем гравируют, обрабатывают и обрабатывают иногда сотнями различных способов, прежде чем нарезать кубиками на отдельную головку и упаковывать в коммерческие процессоры. Можно сделать превосходные транзисторы из таких вещей, как углерод, и даже из более экзотических материалов, таких как германий, но ни один из них не позволяет производить массовое производство кремния путем роста крупных кристаллов — по крайней мере, пока.

В настоящее время кристаллы кремния (называемые «слитками») производятся в цилиндрах диаметром 300 мм, но исследования быстро приближаются к порогу в 450 мм. Это должно помочь снизить производственные затраты и, таким образом, позволить продолжать расти, по крайней мере, в течение еще одного десятилетия или около того. После того? Возможно, наконец, не останется другого выбора, кроме как отказаться от кремния в пользу чего-то менее распространенного и простого в работе — хорошие новости для скорости обработки, но почти наверняка плохие новости для вашего кошелька.

Кремний как инопланетная жизнь

Фразу «жизнь на основе углерода» часто используют, но что она на самом деле означает? Это означает, что основные структурные молекулы, из которых состоят наши тела (белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, жирные кислоты и др.), Построены на каркасах из атомов углерода.Это потому, что углерод обладает замечательным свойством быть «четырехвалентным». Кислород может образовывать только две стабильные химические связи одновременно (таким образом, приводя к воде или H ₂ O), а азот только три (таким образом, приводя к аммиаку или NH ₃ ), но углерод может стабильно удерживать до четырех разные атомы сразу (что дает нам метан, или CH ₄ ). Тетравалентность — мощная основа для создания молекул, которые одновременно являются сильными и геометрически сложными, и этот дуэт химических свойств позволил эволюции всей жизни, известной в настоящее время во Вселенной.

Star Trek Horta предположительно основаны на кремнии.

Тем не менее, если мы знаем, как устроена Периодическая таблица, мы знаем, что элементы в вертикальном столбце имеют аналогичные химические свойства — а прямо под углеродом находится кремний. Вот почему авторы научной фантастики потратили так много времени и чернил на идею жизни на основе кремния; Сам по себе четырехвалентный кремний является наиболее вероятным альтернативным структурным элементом в совершенно новых формах жизни. Кремний также может прочно связываться с другими атомами кремния (точно так же, как углерод с углеродом) и, таким образом, может дважды заблокировать определенные конформации на месте.Считается, что оба они имеют решающее значение для развития жизни.

Конечно, поскольку кремния на Земле гораздо больше, чем углерода, должна быть причина, по которой мы являемся органическими (на основе углерода), а не на основе кремния — и эта причина возвращается к Периодической таблице. Не вдаваясь в подробности, элементы, расположенные ниже по вертикали в Периодической таблице, имеют более тяжелые ядра и более крупные электронные оболочки; Кремний физически больше и тяжелее углерода, что делает его менее подходящим для сверхтонких задач, таких как, например, рекомбинантная ДНК.Кремний также менее реакционноспособен, чем углерод, а это означает, что жизнь на основе кремния может быть менее химически разнообразной или потребовать гораздо более широкого набора кремниевых ферментов, запускающих реакцию, чтобы вызвать существование химически менее желательных соединений.

Тот факт, что вся жизнь на Земле является органической, несмотря на то, что количество атомов кремния на планете превышает количество атомов углерода почти в тысячу раз, может указывать на то, насколько вероятно, что это произойдет где-нибудь во Вселенной. Здесь есть множество видов, которые в той или иной степени используют кремний, но ни один из них не использует его в качестве структурного элемента ДНК. Жизнь на основе кремния, безусловно, возможна, но если она действительно существует, велика вероятность, что она никогда не сможет развиться до уровня сложности, который углерод допускает прямо здесь, у себя дома.

Кремний будет постоянно появляться в вашей ленте новостей еще долгие годы. Несмотря на то, что некоторые рассматривают углерод и другие элементы, не являющиеся кремниевыми, как платформу для вычислений следующего поколения, что будет необходимо, если мы хотим продолжить экспоненциальную историческую тенденцию в области вычислительной мощности, кремний остается предпочтительным веществом во многих областях.Найдем ли мы новые захватывающие способы контролировать его обращение с электронами? Возможно. Найдем ли мы, что он лежит в основе всей жизни во Вселенной, кроме той, которая возникла на Земле? Наверное, нет, хотя возможно. По крайней мере, мы не собираемся отказываться от его использования в качестве строительного материала, поскольку соединения кремния являются основой горных пород, составляющих подавляющее большинство земной коры.

Возможно, мы собираемся оставить кремний позади, но 20 лет назад это было не менее возможно.По всей вероятности, он будет и дальше оставаться одним из наиболее важных факторов в процессе освоения человеком физического мира.

Скромный минерал, который изменил мир

Чтобы превратить кремниевый порошок в стружку, материал плавится в печи при 1400 ° C и формируется в цилиндрические слитки. Затем их нарезают дисками, называемыми вафлями, как нарезанный огурец. Наконец, несколько десятков прямоугольных схем — сами микросхемы — печатаются на каждой пластине на заводах, таких как предприятие Global Foundries в штате Нью-Йорк.Отсюда фишки попадают во все уголки планеты.

«По сути, мы являемся печатным станком для любого [электронного] устройства, которое любая компания захочет сделать», — говорит Крис Белфи, инженер по чистым помещениям в Global Foundries.

Чипы настолько малы, что частицы пыли или волоски могут испортить их сложные схемы. Чтобы избежать загрязнения микроэлектроники, обширный производственный цех должен быть стерильным. Площадь размером с шесть футбольных полей поддерживается в тысячи раз чище, чем операционная, и освещается тусклым желтым светом, чтобы ультрафиолетовое излучение не повредило некоторые химические вещества, используемые в производственном процессе.Рабочие лаборатории и заводские техники ведут свои дела в жутком сиянии, с головы до ног облачены в белые защитные костюмы с масками и очками.

Внутри чистого помещения большинство операций выполняется автоматически герметизированными роботами, при этом детали перемещаются между ними по подвесным монорельсовым дорогам. В зависимости от конструкции для изготовления каждого чипа может потребоваться от 1000 до 2000 шагов.

Пустые вафли, поступающие в цех, стоят пару сотен долларов за штуку.Когда они уходят, напечатанные на миллиардах транзисторов, они стоят в сто раз дороже. Большинство микросхем, которые производит Global Foundries, в конечном итоге устанавливаются в телефонах или специализированных аппаратных средствах, называемых графическими процессорами, которые используются в видеоиграх, искусственном интеллекте и майнинге криптовалют. Подключенные устройства от фитнес-трекеров до умных холодильников и умных динамиков — все вместе известные как Интернет вещей — являются еще одним растущим семейством конечных устройств. «Люди хотят, чтобы больше вещей всегда было подключено к сети», — говорит Белфи.

Следующий этап пути — доставка производителям электроники, часто за границу.«Я очень горжусь тем, что являюсь частью отрасли, которая способствовала повышению уровня взаимодействия между людьми по всему миру», — говорит Изабель Ферен, директор по центральному проектированию Global Foundries. «Когда я смотрю на электронные устройства, которыми мы пользуемся каждый день, я вижу технологию, над которой мы работали».

После самолетов, автомобилей и нефти полупроводники являются четвертым по величине экспортом США. Большая часть доходов возвращается на разработку новых продуктов, что ставит полупроводниковую промышленность в один ряд с фармацевтикой как ведущую отрасль, основанную на исследованиях.«Мы меняем отрасль, которая меняет мир», — говорит Ферен.

Неудивительно, что производители микросхем тщательно охраняют свои коммерческие тайны. «Интеллектуальная собственность — это источник жизненной силы полупроводниковой промышленности», — говорит Джон Нойффер из Ассоциации полупроводниковой промышленности.

Но другие страны прилагают все усилия, чтобы наверстать упущенное. Китай является крупнейшим в мире потребителем полупроводников, но лишь небольшая часть используемых в нем микросхем является самодельным. В 2017 году Китай импортировал на сумму 260 миллиардов долларов (1800 миллиардов иен; 210 миллиардов фунтов стерлингов), что стало крупнейшим импортом в страну.Он стремится стать более самодостаточным, с амбициозной целью производить 40% собственных полупроводников к 2020 году и 70% к 2025 году. Все большее число китайских фирм создают собственные микросхемы

Как устроены процессоры, часть 3 : Создание чипа

Это третья часть нашей серии по разработке процессоров. В Части 1 мы подробно рассмотрели архитектуру компьютера и работу процессора. Во второй части было рассмотрено, как были разработаны и реализованы некоторые отдельные компоненты микросхемы.Часть 3 идет дальше, чтобы увидеть, как архитектурные и схематические проекты превращаются в физические микросхемы.

Как превратить кучу песка в усовершенствованный процессор? Давай выясним.

Как мы обсуждали ранее, процессоры и вся другая цифровая логика сделаны из транзисторов. Транзистор — это переключатель с электронным управлением, который мы можем включать или выключать, подавая или снимая напряжение с затвора. Мы обсудили, как существуют два основных типа транзисторов: устройства nMOS, которые пропускают ток, когда затвор включен, и устройства pMOS, которые пропускают ток, когда затвор выключен.Базовая структура процессора, в который встроены транзисторы, — кремниевая. Кремний известен как полупроводник , потому что он не полностью проводит и не изолирует; это где-то посередине.

Чтобы превратить кремниевую пластину в полезную схему путем добавления транзисторов, инженеры-изготовители используют процесс, называемый легированием . Процесс легирования включает добавление тщательно отобранных примесей к основной кремниевой подложке для изменения ее проводимости. Цель здесь — изменить поведение электронов, чтобы мы могли ими управлять.Так же, как существует два типа транзисторов, существует два основных соответствующих типа легирования.

Процесс изготовления пластины перед упаковкой чипов. Фото: Эван Лиссоос

Если мы добавим точно контролируемое количество электронодонорных элементов, таких как мышьяк, сурьма или фосфор, мы можем создать область n-типа. Поскольку область кремния, на которой были применены эти элементы, теперь имеет избыток электронов, она станет отрицательно заряженной. Отсюда и название n-type и «n» в nMOS.Добавляя к кремнию элементы-акцепторы электронов, такие как бор, индий или галлий, мы можем создать положительно заряженную область p-типа. Отсюда «p» в p-типе и pMOS. Конкретные процессы добавления этих примесей в кремний известны как Ion Implantation и Diffusion , и они немного выходят за рамки этой статьи.

Теперь, когда мы можем управлять электропроводностью определенных частей нашего кремния, мы можем комбинировать свойства нескольких областей для создания транзисторов.Транзисторы, используемые в интегральных схемах, известные как MOSFET (полевые транзисторы с металлическим оксидом и полупроводником), имеют четыре соединения. Текущий, который мы контролируем, течет через Источник и Сток. В n-канальном устройстве он обычно идет в сток и выходит из истока, в то время как в p-канальном устройстве он обычно течет в исток и выходит из стока. Затвор — это переключатель, используемый для включения и выключения транзистора. Наконец, корпус устройства не имеет отношения к процессору, поэтому мы не будем его здесь обсуждать.

Физическая структура инвертора на кремнии. Каждая окрашенная область имеет разные свойства проводимости. Обратите внимание, как различные кремниевые компоненты соответствуют схеме справа

Технических подробностей о том, как работают транзисторы и как взаимодействуют различные области, достаточно, чтобы пройти курс обучения в колледже, поэтому мы коснемся основ. Хорошая аналогия того, как они работают, — подъемный мост через реку. Автомобили, электроны в нашем транзисторе, хотели бы перетекать с одного берега реки на другой, исток и сток нашего транзистора.Используя в качестве примера устройство nMOS, когда затвор не заряжен, подъемный мост поднят, электроны не могут проходить через канал. Когда мы опускаем подъемный мост, мы формируем дорогу через реку, и машины могут двигаться свободно. То же самое происходит с транзистором. Зарядный затвор образует канал между истоком и стоком, позволяющий течь току.

Чтобы иметь возможность точно контролировать, где находятся различные области p и n кремния, такие производители, как Intel и TSMC, используют процесс, называемый фотолитографией .Это чрезвычайно сложный многоэтапный процесс, и компании тратят миллиарды долларов на его совершенствование, чтобы иметь возможность создавать меньшие, более быстрые и более энергоэффективные транзисторы. Представьте себе сверхточный принтер, который можно использовать для рисования узоров для каждой области на кремнии.

Процесс сборки транзисторов в кристалле начинается с чистой кремниевой пластины. Затем ее нагревают в печи для выращивания тонкого слоя диоксида кремния на верхней части пластины. Затем поверх диоксида кремния наносится светочувствительный полимерный фоторезист.Освещая фоторезист светом с определенной частотой, мы можем удалить фоторезист в тех областях, которые мы хотим покрыть. Это этап литографии, он похож на то, как принтеры наносят чернила на определенные области страницы, только в гораздо меньшем масштабе.

Пластина протравливается плавиковой кислотой для растворения диоксида кремния с того места, где был удален фоторезист. Затем фоторезист удаляется, остается только оксидный слой под ним. Затем легирующие ионы могут быть нанесены на пластину и имплантируются только там, где в оксиде есть зазоры.

Этот процесс маскирования, визуализации и легирования повторяется десятки раз для медленного наращивания каждого уровня свойств в полупроводнике. Как только базовый уровень кремния будет готов, сверху будут изготовлены металлические соединения для соединения различных транзисторов. Мы расскажем больше об этих соединениях и металлических слоях чуть позже.

Конечно, производители микросхем не просто производят транзисторы по одному. Когда разрабатывается новый чип, они будут генерировать маски для каждого этапа процесса изготовления.Эти маски будут содержать расположение каждого элемента из миллиардов транзисторов на кристалле. Несколько чипов группируются и изготавливаются сразу на одной матрице.

После изготовления пластины отдельные матрицы нарезаются и упаковываются. В зависимости от размера микросхемы на каждой пластине могут быть размещены сотни и более микросхем. Как правило, чем мощнее производимый чип, тем больше будет кристалл и тем меньше чипов производитель сможет получить с каждой пластины.

Легко подумать, что мы должны просто делать массивные сверхмощные чипы с сотнями ядер, но это невозможно.В настоящее время самым большим фактором, мешающим нам производить все более и более крупные чипы, являются дефекты производственного процесса. Современные микросхемы содержат миллиарды транзисторов, и если одна из частей сломается, может потребоваться выбросить весь чип. По мере увеличения размера процессоров вероятность того, что микросхема окажется неисправной, возрастает.

Фактическая доходность, которую компании получают от производственных процессов, строго держится в секрете, но где-то от 70% до 90% — это хорошая оценка.Компании часто переоценивают свои микросхемы, добавляя дополнительные функции, поскольку они знают, что некоторые части не будут работать. Например, Intel может разработать 8-ядерный чип, но продавать его только как 6-ядерный, поскольку, по их оценкам, одно или два ядра могут быть повреждены. Чипы с необычно низким числом дефектов обычно откладываются для продажи по более высокой цене в процессе, известном как binning .

Одним из важнейших маркетинговых терминов, связанных с производством микросхем, является размер элемента.Например, Intel работает над 10-нанометровым процессом, AMD использует 7-нанометровый процесс для некоторых графических процессоров, а TSMC начала работу над 5-нанометровым процессом. Но что означают все эти числа? Традиционно размер элемента представляет собой минимальную ширину между стоком и истоком транзистора. По мере развития технологий мы смогли уменьшить наши транзисторы, чтобы их можно было разместить на одном кристалле. По мере того, как транзисторы становятся меньше, они также становятся все быстрее и быстрее.

Глядя на эти числа, важно отметить, что некоторые компании могут основывать свои технологические процессы на размерах, отличных от стандартной ширины.Это означает, что процессы разного размера, производимые разными компаниями, могут фактически привести к созданию транзистора одного размера. С другой стороны, не все транзисторы в данном процессе также имеют одинаковый размер. Разработчики могут сделать одни транзисторы больше, чем другие, исходя из определенных компромиссов. Для данного процесса проектирования транзистор меньшего размера будет работать быстрее, поскольку для зарядки и разрядки затвора требуется меньше времени. Однако транзисторы меньшего размера могут управлять только очень небольшим количеством выходов. Если какая-то часть логики будет управлять чем-то, что требует много энергии, например, выходным штырем, ее нужно будет сделать намного больше.Эти выходные транзисторы могут быть на несколько порядков больше, чем внутренние логические транзисторы.

Снимок новейшего процессора AMD Zen. Эта конструкция состоит из нескольких миллиардов транзисторов.

Проектирование и изготовление транзисторов — это только половина микросхемы. Нам нужно построить провода, чтобы все соединить по схеме. Эти соединения выполняются с использованием металлических слоев над транзисторами. Представьте себе многоуровневую транспортную развязку с съездами и съездами, пересекающими друг друга.Именно это и происходит внутри чипа, хотя и в гораздо меньшем масштабе. В разных процессах будет разное количество металлических слоев межсоединений над транзисторами. По мере того, как транзисторы становятся меньше, требуется больше металлических слоев, чтобы иметь возможность маршрутизировать все сигналы. В предстоящем 5-нанометровом процессе TMSC сообщается о 15 металлических слоях. Представьте себе 15-уровневую развязку вертикальных магистралей, и это даст вам представление о том, насколько сложна маршрутизация внутри микросхемы.

Изображение, полученное с помощью микроскопа ниже, показывает решетку, образованную семью металлическими слоями.Каждый слой плоский, и по мере того, как они поднимаются выше, слои становятся больше, чтобы уменьшить сопротивление. Между каждым слоем находятся небольшие металлические цилиндры, известные как переходные отверстия, которые используются для перехода на более высокий уровень. Каждый слой обычно чередуется по направлению от слоя под ним, чтобы уменьшить нежелательные емкости. Нечетные металлические слои могут использоваться для горизонтальных соединений, а четные слои могут использоваться для вертикальных соединений.

Как вы понимаете, всеми этими сигналами и металлическими слоями становится невероятно сложно управлять очень быстро.Чтобы решить эту проблему, используются компьютерные программы для автоматического размещения и направления транзисторов. В зависимости от того, насколько продвинутой является конструкция, программы могут даже транслировать функции в высокоуровневом C-коде вплоть до физического расположения каждого провода и транзистора. Обычно производители микросхем позволяют компьютерам генерировать большую часть проекта автоматически, а затем вручную оптимизируют определенные критические участки.

Когда компании хотят создать новый чип, они начинают разработку со стандартных ячеек, которые предоставляет компания-производитель.Например, Intel или TSMC предоставят разработчикам базовые детали, такие как логические вентили или ячейки памяти. Затем разработчики могут объединить эти стандартные ячейки в любой чип, который они хотят построить. Затем они отправят литейный цех, место, где необработанный кремний превращается в работающие чипы, схемы транзисторов и металлических слоев чипа. Эти макеты превращаются в маски, которые используются в процессе изготовления, который мы рассмотрели выше. Далее мы посмотрим, как этот процесс проектирования может выглядеть для очень простого чипа.

Сначала мы видим схему инвертора, который представляет собой стандартную ячейку. Зеленый прямоугольник с косой чертой вверху обозначает транзистор pMOS, а прозрачный зеленый прямоугольник внизу — транзистор nMOS. Красный вертикальный провод — это поликремний затвор, синие области — металл 1, а фиолетовые области — металл 2. Вход A входит слева, а выход Y гаснет справа. Силовые и заземляющие соединения выполнены сверху и снизу на металлической поверхности 2.

Объединяя несколько вентилей, мы получаем базовый 1-битный арифметический блок.Эта конструкция может складывать, вычитать и выполнять логические операции над двумя 1-битными входами. Голубые косые провода, идущие вертикально, представляют собой 3 металлических слоя. Квадраты немного большего размера на концах проводов — это переходные отверстия, соединяющие два слоя.

Наконец, объединив множество ячеек и около 2000 транзисторов, мы получили базовый 4-битный процессор с 8-байтовым ОЗУ на четырех металлических слоях. Глядя на то, насколько это сложно, можно только представить себе сложность разработки 64-разрядного процессора с мегабайтами кеш-памяти, несколькими ядрами и более чем 20 этапами конвейера.Учитывая, что современные высокопроизводительные процессоры могут иметь до 5-10 миллиардов транзисторов и дюжину металлических слоев, не будет преувеличением сказать, что они буквально в миллионы раз сложнее, чем это.

Это должно дать вам представление о том, почему ваш новый процессор является дорогостоящим технологическим оборудованием или почему AMD и Intel так долго перерывают между выпусками продуктов. Обычно переход нового чипа с чертежной доски на рынок занимает от 3 до 5 лет. Это означает, что самые быстрые на сегодняшний день микросхемы производятся по технологии, которой уже несколько лет, и что мы не увидим микросхемы с современной технологией изготовления в течение многих лет.

На этом мы закончили наше глубокое погружение в процесс создания процессоров.

В четвертой и последней части серии мы вернемся из физической области и рассмотрим текущие тенденции в отрасли. Над чем сейчас работают исследователи, чтобы сделать следующее поколение компьютеров еще быстрее?

В третьей части серии мы изучили, как работают транзисторы, как их отдельные компоненты построены на кремнии и как они соединяются для создания полезных схем и микросхем.

Изображение на шапке: Изображение производства полупроводников, сделанное Macro

Как создается компьютерный чип — От песка к CPU

Компьютерные микросхемы, как и настольные процессоры, сделаны из чего-то не впечатляющего с технической точки зрения: песка.

И Intel Kaby Lake, и AMD Ryzen производятся по 14-нм техпроцессу, что соответствует размеру транзисторов чипа.

Чем меньше процесс изготовления, тем больше транзисторов может поместиться на одном кристалле.

являются одними из самых сложных продуктов в мире, и создание этих микросхем — сложный и точный процесс.

Шаги, описанные ниже, представляют собой самые основные этапы процесса изготовления, и многие этапы повторяются, изменяются или пропускаются — в зависимости от конструкции микросхемы.

Ниже приведен обзор того, как производится процессор Intel для настольных ПК, с использованием изображений из 22-нм технологической схемы Intel .

Начало с песком

Процесс создания компьютерного чипа начинается с песка, называемого кварцевым песком, который состоит из диоксида кремния.

Кремний является основным материалом для производства полупроводников и должен быть чистым, прежде чем его можно будет использовать в производственном процессе.

Слиток кремния

Для получения кремния электронного качества, который имеет чистоту 99,9999%, выполняются несколько процессов очистки и фильтрации.

Слиток очищенного кремния весом около 100 кг формируется из расплавленного кремнезема и готов к следующему этапу.

Нарезанные вафли

Круглый слиток кремния нарезают на пластины как можно тоньше, сохраняя при этом способность материала использовать в процессе изготовления.

Кремниевые пластины затем очищаются и полируются, чтобы обеспечить наилучшую поверхность для следующих этапов изготовления.

Фотолитография

После полировки и подготовки к процессу на пластину тонко наносится слой фоторезиста.

Затем этот слой подвергается воздействию УФ-световой маски, которая имеет форму схемы микропроцессора.

Открытый фоторезист становится растворимым и смывается растворителем.

Ионы и допинг

Открытый фоторезист смывается, а кремниевая пластина бомбардируется ионами для изменения ее проводящих свойств — это называется легированием.

Затем оставшийся фоторезист смывается, обнажая рисунок поврежденного и неповрежденного материала.

Офорт

Рисунок из твердого материала наносится на пластину с помощью другого шага фотолитографии.

Химические вещества затем используются для удаления нежелательного кремния, оставляя после себя тонкие кремниевые гребни.

После этого применяются дополнительные этапы фотолитографии, которые создают большую часть структуры транзистора, в зависимости от того, какое формирование затвора используется.

Гальваника

На поверхность почти готового транзистора нанесен изоляционный слой и в нем протравлены три отверстия.

Затем производители используют процесс, называемый гальваникой, для осаждения ионов меди на поверхности транзистора, образуя слой меди поверх изоляции.

Излишек меди полируется, оставляя только три отложения меди в отверстиях изоляционного слоя.

Многослойные межкомпонентные соединения

Все транзисторы теперь соединены в архитектуру, которая позволяет микросхеме работать как процессор.

Расположение и конструкция этих межкомпонентных соединений невероятно сложны, и в одном процессоре может быть более 30 слоев металлических соединений.

Головка для испытаний и нарезки

Микросхемы на пластине готовы к тестированию.

Пластина нарезается на матрицы, и функциональные матрицы переходят к заключительному этапу процесса изготовления.

Упаковка

поставляются в комплекте с подложкой и теплоотводом и имеют привычный форм-фактор процессора для настольных ПК.

Теплораспределитель отводит тепло от кремния в радиатор, установленный на нем.

проверяются на энергоэффективность, максимальную частоту и другие показатели производительности.

Те, которые прошли, затем упаковываются как розничный продукт.

Видеообзор

Читаю: AMD Ryzen 1800X в разгоне побил мировой рекорд

обеспечивают высокоскоростную связь

Связь

3 сентября 2018 г.

Алекс Линн

Компания Infineon Technologies анонсировала два новых семейства системных чипов (SBC): Lite и Mid-Range +.Сообщается, что это первые SBC на рынке, поддерживающие протокол ISO CAN FD для связи со скоростью пять мегабит в секунду для большого количества автомобильных приложений.

SBC — это центральный источник питания и связи для микроконтроллеров в электронных блоках управления (ЭБУ) в автомобилях. SBC — это интегральные схемы (IC), которые объединяют источники напряжения, интерфейсы коммуникационной шины (CAN, LIN) и функции контроля. Комбинация этих трех элементов в одной микросхеме приводит к снижению стоимости системы и уменьшению занимаемой площади до 80% по сравнению с дискретными решениями.

Новые SBC Infineon Lite — это SBC начального уровня с оптимизированной системной стоимостью. Они включают в себя один трансивер CAN для решения широкого круга задач, таких как беспроводное зарядное устройство в салоне, датчик NO x, переключатель передач или блоки управления освещением. SBC среднего уровня + являются более мощными устройствами с одним CAN и до двух LIN-трансиверов для поддержки, например. модули управления кузовом и шлюзовые модули.

Последние разработки в автомобильной промышленности требуют все более быстрых коммуникационных возможностей.Первоначально протокол CAN FD был создан для обновления программного обеспечения во время производственных и сервисных мероприятий. Сегодня также для связи внутри автомобиля и его связи с внешним миром требуется увеличенная пропускная способность и большая полезная нагрузка. Например, высококачественные передние фары, такие как матричное светодиодное освещение, требуют большого количества данных, предоставляемых системами камер и датчиками, чтобы обеспечить безбликовый дальний свет.

В дополнение к высокоскоростной связи новые SBC Infineon позволяют снизить энергопотребление.Благодаря дополнительной функции частичного подключения к сети они сокращают потребление тока, переводя ЭБУ в спящий режим или режим остановки, когда он не нужен. Семейство Lite SBC также оснащено зарядным насосом для управления n-канальными полевыми МОП-транзисторами высокого напряжения. Он может отключать внешнюю нагрузку в спящем режиме, чтобы еще больше снизить ток покоя.

Все устройства новых семейств SBC включают функции диагностики и контроля для поддержки таких концепций функциональной безопасности ЭБУ, как мониторинг пониженного напряжения, оконный сторожевой таймер со сбросом, отказоустойчивый режим работы и отказоустойчивый выход.Более того, в семействе Mid-Range + внешние нагрузки могут управляться четырьмя переключателями верхнего плеча.

Новые SBC Infineon предлагают разработчикам высокую гибкость. Они масштабируются по количеству интерфейсов связи и программно совместимы с другими семействами Infineon SBC, такими как семейства DC / DC и Multi-CAN Power SBC (TLE94x1, TLE926x и TLE927x).

Семейство Mid-Range + уже доступно на рынке, семейство Lite SBC появится в октябре 2018 года.

Можем ли мы разработать компьютерные микросхемы, работающие на свете?

За пределами практического горизонта исследователи пытаются разработать новое поколение микросхем, которые будут управлять фотонами так же надежно, как современные микросхемы управляют электронами.

Но после многих лет усилий они все еще пытаются решить важный шаг: определить лучший материал для улавливания и укрощения света.

Елена Вукович уже посвятила этому поиску около 20 лет по простой причине: фотонные чипы могут стать основой для квантовых компьютеров на основе света, которые теоретически могут взламывать коды и решать определенные типы проблем, выходящие за рамки возможностей любого электронного компьютера. .

В последние месяцы инженер-электрик из Стэнфорда создал прототип фотонного чипа из алмаза.Однако теперь в экспериментах, описанных в Nature Photonics, , она и ее команда демонстрируют, как сделать световой чип из материала, почти такого же твердого, как алмаз, но гораздо менее экзотического — карбида кремния.

«Это ранняя стадия, но многообещающие результаты с материалом, который уже знаком промышленности», — сказал Вукович.

Карбид кремния, обычно используемый в накладках тормозных колодок, представляет собой прочный материал, который занял новую нишу в электронике, где он используется для изготовления микросхем для высоковольтных и высокотемпературных применений, таких как блоки питания электромобилей, которые слишком экстремально для обычных кремниевых чипов.

Как и большинство материалов для изготовления микросхем, карбид кремния представляет собой кристалл — группу определенных атомов, расположенных в согласованной решетке. В кристалле карбида кремния каждый атом кремния соединен с четырьмя атомами углерода, образуя прочную трехмерную решетку. Стабильность этой решетки делает карбид кремния полезным для применения в условиях высоких температур, будь то борьба с трением в накладках тормозных колодок или протеканием высоких токов через стружку.

Аспиранты-исследователи Даниил Лукин, Константин Дори и Мелисса Гидри возглавили работу по использованию этого кристалла в качестве фотонного чипа.Они удалили атомы кремния в стратегических точках решетки. Каждая вакансия в решетке создавала субатомную ловушку, которая захватывала один электрон от одного из окружающих атомов углерода. Чтобы световой чип работал, исследователи отправили поток фотонов через решетку. Каждый раз, когда фотон ударяется о захваченный электрон, столкновение между этими двумя частицами заставляет фотон вращаться с определенным энергетическим уровнем, или то, что ученые называют квантом. Взаимодействие между фотонами и электронами создает то, что ученые называют кубитом или квантовым битом.Кубит примерно аналогичен транзистору в электронном чипе — фундаментальной единице, которая заставляет систему работать.

Еще предстоит преодолеть множество препятствий, прежде чем фотонные чипы из карбида кремния или алмаза, если на то пошло, могут стать полезными в качестве строительных блоков для системы квантовых вычислений. «Ажиотаж имеет тенденцию опережать науку», — говорит Вукович. Но в ближайшие пять лет или около того она предполагает использовать фотонные чипы для отправки данных через квантовый свет по оптоволоконным кабелям, что сделает такую ​​связь более безопасной, позволяя обнаруживать попытки задействовать поток информации.

В качестве директора Q-FARM — сокращение от Quantum Fundamentals, Architecture and Machines — Вукович помогает объединить исследователей из Стэнфорда и Национальной ускорительной лаборатории SLAC для решения мельчайших проблем с аппаратным и программным обеспечением, необходимых для воплощения квантовых технологий в реальность. .

«Мы пытаемся делать небольшие практические шаги, — говорит она, — в то время как мы пытаемся выйти за пределы нашего нынешнего понимания и открыть новые платформы для квантовых технологий.”

Елена Вукович, профессор Йенсена Хуанга в области глобального лидерства в инженерной школе, профессор электротехники и, любезно предоставлено, прикладной физики.

Global System Basis Chips Industry

Нью-Йорк, 28 декабря 2020 г. (GLOBE NEWSWIRE) — Reportlinker.com объявляет о выпуске отчета «Global System Basis Chips Industry» — https://www.reportlinker.com/p05960231 /? utm_source = 9 миллиардов GNW
к 2027 году, при этом CAGR составит 7.7% за анализируемый период 2020-2027 гг. Легковые автомобили, один из сегментов, анализируемых в отчете, по прогнозам, покажет среднегодовой темп роста 7,5% и достигнет 20,3 млрд долларов США к концу периода анализа. После раннего анализа последствий пандемии и вызванного ею экономического кризиса для бизнеса рост сегмента легких коммерческих автомобилей скорректирован до пересмотренного среднегодового роста в 8,3% на следующий 7-летний период.

Рынок США оценивается в 6,1 миллиарда долларов, в то время как в Китае прогнозируется рост на 7.2% CAGR

Рынок системных чипов в США оценивается в 6,1 миллиарда долларов США в 2020 году. Согласно прогнозам, к 2027 году Китай, вторая по величине экономика мира, достигнет прогнозируемого размера рынка в 6,1 миллиарда долларов США. среднегодовой темп роста составляет 7,2% за период анализа с 2020 по 2027 год. Среди других примечательных географических рынков — Япония и Канада, каждый из которых прогнозирует рост на 7,1% и 6,2% соответственно в период 2020-2027 годов. Согласно прогнозам, в Европе рост в Германии вырастет примерно на 6.3% CAGR.

Сегмент тяжелых коммерческих автомобилей достигнет 8,8% среднегодового роста

В глобальном сегменте тяжелых коммерческих автомобилей США, Канада, Япония, Китай и Европа будут обеспечивать среднегодовой темп роста 8,9% для этого сегмента. Эти региональные рынки, на которые в совокупности приходится 1,9 миллиарда долларов США в 2020 году, достигнут прогнозируемого размера в 3,5 миллиарда долларов США к концу периода анализа. Китай останется одним из самых быстрорастущих в этом кластере региональных рынков. Рынок Азиатско-Тихоокеанского региона, возглавляемый такими странами, как Австралия, Индия и Южная Корея, к 2027 году достигнет 4 миллиардов долларов США.В этом 9-м издании нашего отчета мы привносим многолетний исследовательский опыт. В 132-страничном отчете представлена ​​краткая информация о том, как пандемия повлияла на производство и на покупательскую составляющую в 2020 и 2021 годах. Также рассматривается краткосрочное поэтапное восстановление по ключевым географическим регионам.

Конкуренты, идентифицированные на этом рынке, включают, среди прочего,

• Atmel Corporation
• Elmos Semiconductor AG
• Infineon Technologies AG
• Melexis NV
• Microchip Technology, Inc.
• NXP Semiconductors NV
• ON Semiconductor Corporation
• Robert Bosch GmbH
• STMicroelectronics NV
• Texas Instruments, Inc.

Прочтите полный отчет: https://www.reportlinker.com/p059m_source=?

I. ВВЕДЕНИЕ, МЕТОДОЛОГИЯ И ОБЪЕМ ОТЧЕТА

II. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

1. ОБЗОР РЫНКА
Доли на глобальном рынке конкурентов
Системный сценарий доли рынка конкурентов в мире:
(в%): 2019 и 2025 годы
Воздействие Covid-19 и надвигающаяся глобальная рецессия

2.ФОКУС НА ВЫБРАННЫХ ИГРОКАХ

3. РЫНОЧНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И ДРАЙВЕРЫ

4. ПЕРСПЕКТИВА МИРОВОГО РЫНКА
Таблица 1: Мировой анализ текущего и будущего для системных чипов
по географическим регионам — США, Канада, Япония, Китай, Европа,
Азия- Тихоокеанский регион и рынки остального мира — Независимый анализ
годовых продаж в миллионах долларов США за период с 2020 по 2027 год

Таблица 2: Мировой исторический обзор системных микросхем по географическому региону
— США, Канада, Япония, Китай, Европа,
Азиатско-Тихоокеанский регион и остальные мировые рынки — Независимый анализ
годовых продаж в миллионах долларов США за годы с 2012 по 2019

Таблица 3: Мировая 15-летняя перспектива системных чипов по географическому региону
— Распределение стоимостных продаж в процентах для
США, Канада, Япония, Китай, Европа, Азиатско-Тихоокеанский регион и остальные
мировых рынков за 2012, 2020 и 2027 годы

Таблица 4: Текущий и будущий анализ легковых автомобилей в мире по данным
Geographic R egion — США, Канада, Япония, Китай, Европа,
Азиатско-Тихоокеанский регион и рынки остальных стран — Независимый анализ
годовых продаж в миллионах долларов США за период с 2020 по 2027 год

Таблица 5: Мировой исторический обзор легковых автомобилей по географическому признаку
Регион — США, Канада, Япония, Китай, Европа, Азиатско-Тихоокеанский регион и
Остальные мировые рынки — Независимый анализ годовых продаж в
миллионов долларов США за период с 2012 по 2019 год

Таблица 6: Мировая перспектива для пассажиров на 15 лет Автомобиль по географическому региону
— Процентная разбивка стоимостных продаж для
США, Канады, Японии, Китая, Европы, Азиатско-Тихоокеанского региона и остальных стран мира
за 2012, 2020 и 2027 годы

Таблица 7: Текущий и будущий анализ света в мире Коммерческий автомобиль
по географическому региону — США, Канада, Япония, Китай,
Европа, Азиатско-Тихоокеанский регион и рынки остальных стран — Независимый анализ
годовых продаж в миллионах долларов США за период с 2020 по
2027

Таблица 8: Мировой исторический обзор легких коммерческих автомобилей по географическому региону
— США, Канада, Япония, Китай, Европа,
Азиатско-Тихоокеанский регион и остальные мировые рынки — Независимый анализ
годовых продаж в миллионах долларов США за 2012–2019 годы

Таблица 9: Мировая 15-летняя перспектива для легких коммерческих автомобилей
по географическим регионам — процентная разбивка стоимостных продаж для
США, Канады, Японии, Китая, Европы, Азиатско-Тихоокеанского региона и остальных стран мира
на 2012, 2020 и 2027 годы

Таблица 10: Мировой анализ текущего и будущего тяжелого коммерческого автомобиля
по географическим регионам — США, Канада, Япония, Китай,
Европа, Азиатско-Тихоокеанский регион и остальные мировые рынки — Независимый анализ
годовых продаж в миллионах долларов США за 2020 год по
2027

Таблица 11: Мировой исторический обзор тяжелых коммерческих автомобилей по географическому региону
— США, Канада, Япония, Китай, Европа,
Азиатско-Тихоокеанский регион и рынки остальных стран — Независимый A анализ
годовых продаж в миллионах долларов США за 2012-2019 гг.

Таблица 12: Мировая 15-летняя перспектива тяжелых коммерческих автомобилей
по географическим регионам — процентная разбивка стоимости
Продажи для США, Канады, Японии, Китая, Европы, Азиатско-Тихоокеанский регион и
остальной мир за 2012, 2020 и 2027 годы

Таблица 13: Мировой анализ текущего и будущего для автоматизированного управляемого транспортного средства
по географическим регионам — США, Канада, Япония, Китай,
Европа, Азиатско-Тихоокеанский регион и остальные мировых рынков — Независимый анализ
годовых продаж в миллионах долларов США за годы с 2020 по
2027

Таблица 14: Мировой исторический обзор автоматизированных транспортных средств по географическому региону
— США, Канада, Япония, Китай, Европа,
Азия- Тихоокеанский регион и рынки остального мира — Независимый анализ
годовых продаж в миллионах долларов США за период с 2012 по 2019 год

Таблица 15: Мировая 15-летняя перспектива для автоматизированного управляемого транспортного средства
от Geographic Re gion — Распределение стоимости в процентах
Продажи для США, Канады, Японии, Китая, Европы, Азиатско-Тихоокеанского региона и
остального мира за 2012, 2020 и 2027 годы

Таблица 16. Мировой анализ текущего и будущего для
автономных транспортных средств по географическому признаку Регион — США, Канада, Япония, Китай,
Европа, Азиатско-Тихоокеанский регион и рынки остальных стран — Независимый анализ
годовых продаж в миллионах долларов США за период с 2020 по
2027

Таблица 17: Мировой исторический обзор автономных транспортных средств
Географический регион — США, Канада, Япония, Китай, Европа,
Азиатско-Тихоокеанский регион и рынки остальных стран — Независимый анализ
годовых продаж в миллионах долларов США за 2012–2019 годы

Таблица 18: Мировая 15-летняя перспектива для Автономные транспортные средства по географическому региону
— процентная разбивка стоимостных продаж для
США, Канады, Японии, Китая, Европы, Азиатско-Тихоокеанского региона и остальных
стран мира за 2012, 2020 и 2027 годы

III.АНАЛИЗ РЫНКА

ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЫНКА

СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ
Факты и цифры рынка
Доля рынка системных чипов в США (в%) по компаниям: 2019 и 2025 годы
Аналитика рынка
Таблица 19: Текущий и будущий анализ системных чипов в США
по типу транспортного средства — легковой автомобиль, легкий коммерческий автомобиль,
тяжелый коммерческий автомобиль, автоматизированный управляемый автомобиль и
автономных транспортных средств — независимый анализ годовых продаж в
миллионов долларов США за период с 2020 по 2027 год

Таблица 20: Исторический обзор США для Базовые микросхемы системы по типам автомобилей
— легковые автомобили, легкие коммерческие автомобили, тяжелые грузовые автомобили
, автоматизированные транспортные средства и автономные автомобили
Рынки — независимый анализ годовых продаж в
миллионов долларов США за период с 2012 по 2019 год

Таблица 21: США 15-летняя перспектива для системных чипов по типу автомобиля
— процентная разбивка стоимостных продаж на
Па легковой автомобиль, легкий коммерческий автомобиль, тяжелый коммерческий автомобиль
Автомобиль, автоматизированный управляемый автомобиль и автономные транспортные средства за
2012, 2020 и 2027 годы

КАНАДА
Таблица 22: Текущий и будущий анализ системы в Канаде
Микросхемы по типам транспортных средств — легковые автомобили , Легкий коммерческий автомобиль
, тяжелый коммерческий автомобиль, автоматизированный управляемый автомобиль и
автономных транспортных средств — независимый анализ годовых продаж в
миллионов долларов США за период с 2020 по 2027 год

Таблица 23: Исторический обзор системных чипов по типам
в Канаде — Легковые автомобили, легкие коммерческие автомобили, тяжелые коммерческие автомобили
, автоматизированные транспортные средства и автономные автомобили
— Независимый анализ годовых продаж в размере
миллионов долларов США за период с 2012 по 2019 год

Таблица 24: Канадская перспектива на 15 лет для системной основы Микросхемы по типу транспортного средства
— Распределение стоимостных продаж в процентах для легкового автомобиля
, легкой коммерции l Транспортное средство, тяжелый коммерческий автомобиль
, автоматизированный управляемый автомобиль и автономные транспортные средства за
лет 2012, 2020 и 2027

ЯПОНИЯ
Таблица 25: Текущий и будущий анализ Японии на основе системы
Чипы по типам транспортных средств — легковые автомобили, легкие коммерческие автомобили
Транспортные средства, тяжелые коммерческие автомобили, автоматизированные транспортные средства и
автономных транспортных средств — независимый анализ годовых продаж в
миллионов долларов США за период с 2020 по 2027 годы

Таблица 26: Исторический обзор системных чипов по
типам транспортных средств — легковые автомобили, Япония, Легкие коммерческие автомобили, тяжелые коммерческие автомобили
, автоматизированные транспортные средства и рынки автономных транспортных средств
— Независимый анализ годовых продаж в
миллионов долларов США за период с 2012 по 2019 год

Таблица 27: 15-летняя перспектива Японии для системных микросхем по автомобилям
Тип — Процентная разбивка стоимостных продаж для
Легковых автомобилей, легких коммерческих автомобилей, тяжелых коммерческих автомобилей 903 79 Транспортные средства, автоматизированные транспортные средства и автономные транспортные средства за
2012, 2020 и 2027 гг.

КИТАЙ
Таблица 28: Текущий и будущий анализ в Китае для системной базы
Чипы по типам транспортных средств — легковые автомобили, легкие коммерческие автомобили
, тяжелые грузовые автомобили , Автоматизированное управляемое транспортное средство и
автономных транспортных средств — Независимый анализ годовых продаж в
миллионов долларов США за период с 2020 по 2027 год

Таблица 29: Исторический обзор системных чипов в Китае по
Типам транспортных средств — легковые автомобили, легкие коммерческие автомобили, тяжелые
Рынки коммерческих автомобилей, автоматизированных транспортных средств и автономных транспортных средств
Рынки транспортных средств — Независимый анализ годовых продаж в размере
миллионов долларов США за период с 2012 по 2019 год

Таблица 30: Китайская 15-летняя перспектива для системных базовых микросхем по
типам транспортных средств — распределение в процентах Объем продаж легковых автомобилей
, легких коммерческих автомобилей, тяжелых коммерческих автомобилей
, автоматизированных транспортных средств ICLE и автономные транспортные средства на
2012, 2020 и 2027 годы

ЕВРОПА
Рыночные факты и цифры
Рынок микросхем европейской системы: доля рынка конкурентов
Сценарий (в%) на 2019 и 2025 годы
Аналитика рынка
Таблица 31: Европа Текущее состояние И анализ будущего для системной базы
чипов по географическим регионам — Франция, Германия, Италия, Великобритания и
Рынки остальных стран Европы — Независимый анализ годовых продаж
в миллионах долларов США за период с 2020 по 2027 год

Таблица 32: Исторический обзор Европы за Системные чипы по географическому региону
— Франция, Германия, Италия, Великобритания и остальные
Европейские рынки — Независимый анализ годовых продаж в
миллионов долларов США за годы с 2012 по 2019

Таблица 33: Европейские 15-летние перспективы для системных базисов Чипы по географическому региону
— процентная разбивка стоимостных продаж на рынках
Франции, Германии, Италии, Великобритании и других стран Европы за годы
2012, 2020 и 2027