目前制造计算机所采用的电子器件是
目前,用于制造计算机的电子设备有
目前制造计算机用的电子器件都是VLSI。超大规模集成电路(VLSI)是将大量晶体管组合在一个芯片上的集成电路,其集成度高于VLSI。
集成晶体管的数量在不同的标准中有所不同。自20世纪70年代以来,随着复杂半导体和通信技术的发展,集成电路的研究和开发逐渐展开。计算机中的控制核心微处理器是VLSI最典型的例子。超大规模集成电路设计,特别是数字集成电路设计,通常由电子设计自动化来完成,电子设计自动化已经成为计算机工程的重要分支之一。
VLSI制造的电子设备体积小、重量轻、功耗低、可靠性高。利用VLSI技术,可以将一个电子子系统甚至整个电子系统“集成”在一块芯片上,完成信息采集、处理、存储等各种功能。
由于技术规模的不断扩大和微处理器复杂性的不断增加,微处理器的设计者已经遇到了一些挑战。
1.功耗和散热:随着元器件集成度的增加,单位体积产生的热功率逐渐增加。但器件散热面积不变,导致单位面积散热不符合要求。与此同时,由于晶体管数量的大幅增加,由单个晶体管的弱亚阈值电流引起的静态功耗变得日益显著。一些低功耗设计技术,如动态电压和频率缩放(DVFS),已被提出来降低总功耗。
2.工艺偏差:由于光刻技术受到光学规律的限制,精度更高的掺杂和刻蚀会变得更加困难,出错的可能性也会变大。设计者必须在芯片制造前进行技术模拟。
3.更严格的设计规则:由于光刻和刻蚀工艺的问题,集成电路版图的设计规则必须更严格。设计布局时,设计者必须始终考虑这些规则。定制的总成本已经到了临界点,很多设计机构倾向于从电子设计自动化入手,实现自动化设计。
4.设计趋同:随着数字电子应用的时钟频率趋于上升,设计人员发现在整个芯片上保持较低的时钟偏移变得更加困难。这引起了人们对多核、多处理器架构的兴趣(参见阿姆达尔定律)。
5.成本:随着晶粒尺寸缩小,晶圆尺寸变大,单位晶圆面积晶粒数增加,因此制造工艺中使用的光掩模复杂度急剧上升。现代高精度光掩模技术非常昂贵。