Aplikace elektroniky. Čím se budeme zabývat? Struktury integrovaných systémů A2M34SIS. Čím se budeme zabývat - cvičení?

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Aplikace elektroniky. Čím se budeme zabývat? Struktury integrovaných systémů A2M34SIS. Čím se budeme zabývat - cvičení?"

Milan Bílek
před 5 lety
Počet zobrazení:

návrhu, současné trendy Technologický proces výroby integrovaných obvodů Základní CMOS proces, technologický postup výroby Moderní technologie IO, submikronové technologie, SOI

integrovaných systémů MEMS Základní rozdělení optoelektronických a optických integrovaných obvodů Čím se budeme zabývat - cvičení?

analogového návrhu, tvorba testů Vliv technologického rozptylu, Simulace v rozích Layout - Kontrola návrhových pravidel, extrakce parazitních kapacit Ukázka Digitálního návrhu,

1 Čím se budeme zabývat? Struktury integrovaných systémů A2M34SIS Přednášející: Cvičící: Jiří Jakovenko Vladimír Janíček Jan Novák Historický přehled vývoje integrovaných obvodů, Moorovy zákony, metody návrhu, současné trendy Technologický proces výroby integrovaných obvodů Základní CMOS proces, technologický postup výroby Moderní technologie IO, submikronové technologie, SOI technologie, technologie "Strained silicon", RF IO Specifika analogového návrhu Specifika a postup návrhu digitálního návrhu IO Návrh a technologie mikro-elektro-mechanických integrovaných systémů MEMS Základní rozdělení optoelektronických a optických integrovaných obvodů Čím se budeme zabývat - cvičení? Úvod do Unixu a návrhového systému CADENCE Knihovny technologií CMOS, Simulace analogových IO, Simulátor Spectre Vlastnosti logických hradel a přenosového hradla CMOS Ukázka analogového návrhu, tvorba testů Vliv technologického rozptylu, Simulace v rozích Layout - Kontrola návrhových pravidel, extrakce parazitních kapacit Ukázka Digitálního návrhu, simulace - Syntéza a verifikace digitálního návrhu Návrh struktur optických součástek a optické senzory. Struktury integrovaných systémů A2M34SIS Studijní materiály: MOODLE A2M34SIS - Struktury integrovaných systémů Aplikace elektroniky Aplikace elektroniky Dnešní Škoda auta 120 Kolik elektroniky je v tomto autě? Kde nalezneme elektroniku? Téměř všude Jen pár příkladů

2 Aplikace elektroniky Aplikace elektroniky a Nejsme trochu závislí??? A kdo za to může? Integrovaný obvod. Co je tedy integrovaný obvod? Moderní elektronická součástka Jedná se o spojení (integraci) mnoha jednoduchých elektrických součástek, které společně tvoří elektronický obvod vykonávající nějakou složitější funkci Integrované obvody dělíme na monolitické a hybridní Proč se to mám učit? Protože lepší zábava na světě neexistuje Hlavní přínosy integrace Naprosto unikátní technologie + Vyšší rychlost a výkon + Stále vyšší hustota integrace (tranzistorů) + Menší ztrátový výkon na funkční blok (úspora energie) ovšem dramaticky roste ztrátový výkon na jeden čip + Menší náklady na funkční blok + Nižší hmotnost Negativa???

50 let integrovaných obvodů Integrované obvody mají relativně velmi krátkou historii.

"Kdyby výroba automobilu postupovala stejně rychle jako polovodičový průmysl, ujel by Rolls-Royce na jeden litr

usměrňovacích vlastností polovodičů (Pickard, ATT) 1925 FET - J.

Heil (British #439,457 ) 1943 Germaniové krystaly k demodulaci radarů.

Effect Transistor) Lilienfeld FET Tranzistor (1930) První počítač Babbage Difference Engine (1832) Realizace nebyla

V padesátých letech byl tento problém vyřešen 25 000 mechanických částí Cena: 17 470 liber ENIAC První elektronický

3 50 let integrovaných obvodů Integrované obvody mají relativně velmi krátkou historii. Od svého vzniku až do dnešní doby však zaznamenaly nebývale dynamický vývoj. "Kdyby výroba automobilu postupovala stejně rychle jako polovodičový průmysl, ujel by Rolls-Royce na jeden litr paliva deset miliónů kilometrů a bylo by levnější ho vyhodit než zaparkovat. G.E. Moore, spoluzakladatel firmy Intel). Historie polovodičové mikroelektroniky 1906 Polovodiče používány k detekci radio signálů (Pickard, ATT) 1912 Objev usměrňovacích vlastností polovodičů (Pickard, ATT) 1925 FET - J. Lilienfeld patentoval princip (technologicky nerealizován) (US#1,745,175, #1,900,018, #1,877,140), 1935 O. Heil (British #439,457 ) 1943 Germaniové krystaly k demodulaci radarů Tranzistor Objev Bardeen, Brattain a Schockley, ATT, Nobelova Cena, Realizace prvního FET (Field Effect Transistor) Lilienfeld FET Tranzistor (1930) První počítač Babbage Difference Engine (1832) Realizace nebyla možná díky přítomnosti velikého náboje na rozhraní polovodiče a hradlového izolantu. V padesátých letech byl tento problém vyřešen mechanických částí Cena: liber ENIAC První elektronický počítač (1946) Sestrojen pány: John W. Mauchly (architektura počítače) a J. Presper Eckert (elektronické obvody), Pennsylvánská uvniverzita 1947 Doba moderní elektroniky Bellovy Laboratoře Vynález hrotového tranzistoru zesílení 18 William Shockley, Walter Brittain a John Bardeen Nobelova cena za fyziku : Shockley tranzistor vhodný pro sériovou výrobu. 1954: První tranzistorové rádio, první křemíkový tranzistor (TI - cena $2.50)

1958 Revoluční objev vynález integrovaného obvodu První integrovaný

čipu V roce 2000 udělena Nobelova cena Mnohem výhodnější pro výrobu

planární technologie - 1959 Prakticky ve stejnou dobu vynalezl IO i

Katedra mikroelektroniky ČVUT FEL Jiří Jakovenko Struktury

komerční planární IO První ECL hradlo Fairchild -- One Binary

ZAČÁTEK TECHNOLOGIE SSI (SMALL SCALE INTEGRATION) Motorola 1966 ECL

mikroelektroniky ČVUT FEL Integrace MOS Tranzistorů - 1962

4 1958 Revoluční objev vynález integrovaného obvodu První integrovaný obvod Jack Kilby, Texas Instruments 1 Tranzistor a 4 Odpory na 1 čipu V roce 2000 udělena Nobelova cena Mnohem výhodnější pro výrobu integrovaných tranzistorů Fairchild Electronics - Robert Noyce První planární technologie Prakticky ve stejnou dobu vynalezl IO i Robert Noyce Jiří Jakovenko Struktury integrovaných systémů - Katedra mikroelektroniky ČVUT FEL Jiří Jakovenko Struktury integrovaných systémů - Katedra mikroelektroniky ČVUT FEL První komerční planární IO První ECL hradlo Fairchild -- One Binary Digital (Bit) Memory Device on a Chip 4 Tranzistory a 5 Rezistorů ZAČÁTEK TECHNOLOGIE SSI (SMALL SCALE INTEGRATION) Motorola 1966 ECL 3-input Gate/SRAM 1961: duální flip-flop cena ~ $ : Vyšší hustota a výtěžnost 4 x flip flop. Jiří Jakovenko Struktury integrovaných systémů - Katedra mikroelektroniky ČVUT FEL Integrace MOS Tranzistorů Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor Radio Corporation of America (RCA) Sarnoff Laboratories První analogový IO Operační zesilovač MA 702 Fairchild

První IO Navržený pomocí CAD Computer- Aided Design -

1970 Intel Corporation DRAM 1968: Noyce a Moore

Nejdříve se specializují na paměťové čipy.

V roce 1971 má Intel 500 zaměstnanců; V roce 1983 již

První 256-Bitová Statická RAM - 1970 Fairchild 4100

Intel 4004 2,300 Tranzistorů, 108 khz První počítač na

5 První IO Navržený pomocí CAD Computer- Aided Design mmosaic Fairchild První 1,024 Bitový paměťový čip Intel Corporation DRAM 1968: Noyce a Moore odcházejí z Fairchild a zakládají Intel. Nejdříve se specializují na paměťové čipy. Po dvou letech se Intel přesunuje do Santa Clary. V roce 1971 má Intel 500 zaměstnanců; V roce 1983 již 21,500 a $1100M obrat. První 256-Bitová Statická RAM Fairchild 4100 První EPROM INTEL 1702 První Microprocesor Intel ,300 Tranzistorů, 108 khz První počítač na jednom čipu sestrojen (Ted Hoff) pro kalkulátory První komerční Mikroprocesor Bit Intel 8080, Intel Corporation 6,500 Tranzistorů, 2MHz

První 64 kb Dynamická paměť - 1977 16-Bitový

68000 ETAPA LSI (LARGE SCALE INTEGRATION)

32-Bitový Mikroprocesor 1981 IBM Corporation

450,000 Tranzistorů POČÁTEK ETAPY VLSI (VERY

technologie, 125 milionů tranzistorů na 112

Nejvyspělejší technologie 2008- Dvoujádro

6 První 64 kb Dynamická paměť Bitový Mikroprocesor 1979 IBM Corporation Motorola ETAPA LSI (LARGE SCALE INTEGRATION) První 256 kb Bitová Dynamická RAM 1981 První 32-Bitový Mikroprocesor 1981 IBM Corporation Hewlett-Packard Co. 450,000 Tranzistorů POČÁTEK ETAPY VLSI (VERY LARGE SCALE INTEGRATED CIRCUIT ) A jak je to dnes? Intel Pentium 4 a jádro Prescott vyrobené pomocí 90nm výrobní technologie, 125 milionů tranzistorů na 112 mm2 dnes se vyrábí i 65 nm verze Nejvyspělejší technologie Dvoujádro Penryn na 45 nm, 410 milionů tranzistorů na ploše 107 mm 2 - základ všech nejnovějších procesorů Intel

Nejvyspělejší technologie Jádro AMD Shanghai přezdívané "K10.

procesorů - HTT), jádro Bloomfield, frekvence 3.

polovodičového trhu Poměry koncových uživatelů Moorovy zákony Evoluce mikroprocesorů Počet

7 Nejvyspělejší technologie Jádro AMD Shanghai přezdívané "K10.5" 705 milionů tranzistorů na ploše 243 mm2, Bloky 6 MB L3 cache zabírají přes 30 procent plochy jádra A jak je to dnes? Intel Core i7-22 nm výrobní technologie 731 milionů tranzistorů 4 fyzická jádra (8 virtuálních procesorů - HTT), jádro Bloomfield, frekvence 3.06GHz Světový polovodičový trh 2005 podle SIA Semiconductor Industry Asociation Růst polovodičového trhu Poměry koncových uživatelů Moorovy zákony Evoluce mikroprocesorů Počet tranzistorů mm 2.4mm 1 Miliarda Tranzistorů mm 0.5mm 0.8mm 1.2mm i486 Pentium i mm i7 Nahalem 0.065mm 0.09mm Pentium IV Pentium III Pentium II Pentium Pro

Frekvence (Mhz) Velikost waferu (mm) Vývoj CMOS technologií

Lidská paměť 4X růst každé 3 roky! kniha 1.6-2.4 mm 1.0-1.

13 mm 0.1 mm 0.07 mm encyklopedie 2 hod.

!! Jiří Jakovenko Struktury integrovaných systémů - Katedra

8080 8086 286 8085 ~7% growth per year 8008 4004 ~2X growth in

waferů Hodinová frekvence Srovnání běžně používaných velikostí

procesorovém průmyslu se dnes používají nejčastěji 200 a 300mm

8 Frekvence (Mhz) Velikost waferu (mm) Vývoj CMOS technologií Dnešní podoba MOS tranzistorů Kdy už to skončí??? Tloušťka hradlového oxidu = 1.2 nm Strained Silicon Evoluce DRAM pamětí Velikost waferů Lidská paměť 4X růst každé 3 roky! kniha mm mm strana mm mm mm mm 0.13 mm 0.1 mm 0.07 mm encyklopedie 2 hod. CD audio 30 sec HDTV Tranzistorů!!! Jiří Jakovenko Struktury integrovaných systémů - Katedra mikroelektroniky ČVUT FEL P6 486 Pentium proc ~7% growth per year ~2X growth in 10 years Dnes až 45 mm Velikost waferů Hodinová frekvence Srovnání běžně používaných velikostí waferů, (25, 38, 51, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 450mm) V procesorovém průmyslu se dnes používají nejčastěji 200 a 300mm wafery V budoucnosti zřejmě dojde i na 450mm X každé 2 roky P6 Pentium proc

Ztrátový výkon (Watts) Výkonová hustota (W/cm2) 100 10 1 0.

9 Ztrátový výkon (Watts) Výkonová hustota (W/cm2) Ztrátový výkon čipu P6 Pentium proc Výkonová hustota Nukleární Reaktor P Pentium proc Výkonová hustota je příliš veliká pro udržení PN přechodů na rozumné teplotě Raketová Tryska Vývoj osobních počítačů aneb stále nespokojený uživatel Procesor Pentium Pentium III Ztrátový výkon (W) Frekvence (MHz) Pentium IV Intel i Paměť (MB) Velikost disku (GB) Cena (Kč) A co říci závěrem? Elektronika a mikroelektronika je naprosto fascinující obor Nejdynamičtěji se vyvíjející obor Ostatní nové obory by bez elektroniky neexistovaly Zábavou je nejen její užívání, ale také navrhování A ja by to bylo dnes???

Podobné dokumenty

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_15_Bipolární tranzistor Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Miroslav Krýdl

Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0581 Číslo materiálu VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_15_Bipolární tranzistor Název školy Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Autor Ing. Miroslav Krýdl Tematická