Welche elektronischen Geräte werden derzeit beim Computerbau verwendet?

Die derzeit bei der Herstellung von Computern verwendeten elektronischen Geräte sind „sehr groß integrierte Schaltkreise“. Sie sind geerbte Schaltkreise, die eine große Anzahl von Transistoren in einem einzigen Chip kombinieren Computer verwenden Schlüsselkomponenten. Es hat die Ära der Röhren, Transistoren und integrierten Schaltkreise durchlaufen und jetzt ist es die Ära der großen und ultragroßen integrierten Schaltkreise.

Die Betriebsumgebung dieses Tutorials: Windows 10-System, DELL G3-Computer.

Welche elektronischen Geräte werden derzeit bei der Herstellung von Computern verwendet?

Computer verwenden Schlüsselkomponenten und haben die Ära der Röhren, Transistoren und integrierten Schaltkreise durchlaufen Integrierte Schaltkreise.

Derzeit werden bei der Herstellung von Computern sehr große integrierte Schaltkreise verwendet. VLSI ist ein integrierter Schaltkreis, der eine große Anzahl von Transistoren in einem einzigen Chip vereint. Sein Integrationsgrad ist höher als der von hochintegrierten Schaltkreisen. Die Anzahl der integrierten Transistoren variiert je nach Standard. Seit den 1970er Jahren begann mit der Entwicklung komplexer Halbleiter- und Kommunikationstechnologien schrittweise die Forschung und Entwicklung integrierter Schaltkreise.

Der Steuerkern-Mikroprozessor im Computer ist das typischste Beispiel für das Design sehr großer integrierter Schaltkreise (VLSI-Design), insbesondere für digitale integrierte Schaltkreise, die normalerweise mithilfe elektronischer Designautomatisierung durchgeführt werden ein Eckpfeiler der Computertechnik.

Integrierte Schaltkreise, die mehr als 100.000 Komponenten oder mehr als 10.000 ODER-Gatter auf einem Chip integrieren, werden als sehr große integrierte Schaltkreise bezeichnet. VLSI wurde Ende der 1970er Jahre erfolgreich entwickelt und wird hauptsächlich zur Herstellung von Speichern und Mikroprozessoren eingesetzt. 64-k-Bit-Random-Access-Speicher sind die erste Generation sehr großer integrierter Schaltkreise, die etwa 150.000 Komponenten und eine Linienbreite von 3 Mikrometern enthalten.

Der Integrationsgrad sehr großer integrierter Schaltkreise hat 6 Millionen Transistoren erreicht, und die Leitungsbreite hat 0,3 Mikrometer erreicht. Elektronische Geräte, die mit sehr hochintegrierten Schaltkreisen hergestellt werden, sind klein, leicht, haben einen geringen Stromverbrauch und eine hohe Zuverlässigkeit. Mithilfe der VLSI-Technologie kann ein elektronisches Subsystem oder sogar ein ganzes elektronisches System auf einem Chip „integriert“ werden, um mehrere Funktionen wie Informationserfassung, -verarbeitung und -speicherung zu erfüllen. Beispielsweise kann die gesamte 386-Mikroprozessorschaltung auf einem einzigen Chip integriert werden, mit einem Integrationsgrad von 2,5 Millionen Transistoren. Die erfolgreiche Entwicklung sehr großer integrierter Schaltkreise ist ein Fortschritt in der Mikroelektroniktechnologie, der den Fortschritt der elektronischen Technologie erheblich fördert und damit die Entwicklung der Militärtechnologie und der Ziviltechnologie vorantreibt. VLSI ist zu einem wichtigen Symbol zur Messung des wissenschaftlichen, technologischen und industriellen Entwicklungsstands eines Landes geworden. Es ist auch ein Bereich mit dem intensivsten Wettbewerb zwischen den großen Industrieländern der Welt, insbesondere den Vereinigten Staaten und Japan.

Erweitertes Wissen: Nachteile von VLSI

Aufgrund des zunehmenden Umfangs der Technologie und der zunehmenden Komplexität von Mikroprozessoren sind Mikroprozessorentwickler mit mehreren Herausforderungen konfrontiert.

• 1. Stromverbrauch und Wärmeableitung: Mit zunehmendem Umfang der Komponentenintegration erhöht sich die erzeugte Wärmeleistung pro Volumeneinheit. Die Wärmeableitungsfläche des Geräts bleibt jedoch unverändert, wodurch die Wärmeableitung pro Einheit zunimmt Bereich, der die Anforderungen nicht erfüllt. Gleichzeitig wird der statische Stromverbrauch, der durch den schwachen Sub-Threshold-Strom eines einzelnen Transistors verursacht wird, aufgrund der erheblichen Erhöhung der Anzahl der Transistoren immer bedeutender. Um die Gesamtverlustleistung zu reduzieren, wurden einige Entwurfstechniken mit geringem Stromverbrauch vorgeschlagen, beispielsweise die dynamische Spannungs- und Frequenzskalierung (DVFS).

• 2. Prozessabweichung: Da die Fotolithografie-Technologie durch optische Gesetze begrenzt ist, wird das Dotieren und Ätzen mit höherer Präzision schwieriger und die Möglichkeit von Fehlern steigt. Designer müssen vor der Chipherstellung technische Simulationen durchführen.

• 3. Strengere Designregeln: Aufgrund von Problemen mit Fotolithografie- und Ätzprozessen müssen die Designregeln für das Layout integrierter Schaltkreise strenger sein. Designer müssen diese Regeln beim Entwerfen eines Layouts immer berücksichtigen. Die Gesamtkosten für kundenspezifisches Design haben einen kritischen Punkt erreicht, und viele Designorganisationen ziehen es vor, mit der elektronischen Designautomatisierung zu beginnen, um ein automatisiertes Design zu erreichen.

• 4. Designkonvergenz: Da die Taktfrequenzen in digitalen elektronischen Anwendungen tendenziell steigen, wird es für Designer immer schwieriger, einen geringen Taktversatz über den gesamten Chip aufrechtzuerhalten. Dies hat zu einem Interesse an Multi-Core- und Multi-Prozessor-Architekturen geführt (siehe Amdahls Gesetz).

• 5. Kosten: Mit abnehmender Korngröße wird die Größe des Wafers größer und die Anzahl der Körner pro Einheit Waferfläche nimmt zu, sodass die Komplexität der im Herstellungsprozess verwendeten Fotomaske stark zunimmt. Moderne hochpräzise Fotomaskentechnologie ist teuer.

Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie in der Rubrik „FAQ“!

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