Тенденции развития больших интегральных схем

На современном уровне вычислительной техники подавляющее большинство ус-

тройств ВМ и ВС реализуется на базе полупроводниковых технологий в виде сверх-

больших интегральных микросхем (СБИС). Каждое нововведение в области архи-

тектуры ВМ и ВС, как правило, связано с необходимостью усложнения схемы

процессора или его составляющих и требует размещения на кристалле СБИС все

большего числа логических или запоминающих элементов. Задача может быть ре-

шена двумя путями: увеличением размеров кристалла и уменьшением площади,

занимаемой на кристалле элементарным транзистором, с одновременным повы-

шением плотности упаковки таких транзисторов на кристалле.

Наиболее перспективным представляется увеличение размеров кристалла, од-

нако только на первый взгляд. Кристаллической подложкой микросхемы служит

тонкая пластина, представляющая собой срез цилиндрического бруска полупро-

водникового материала. Полезная площадь подложки ограничена вписанным в

окружность квадратом или прямоугольником. Увеличение диаметра кристалли-

ческой подложки на 10% на практике позволяет получить до 60% прироста числа

транзисторов на кристалле. К сожалению, технологические сложности, связанные

с изготовлением кристаллической подложки большого размера без ухудшения

однородности ее свойств по всей поверхности, чрезвычайно велики. Фактические

тенденции в плане увеличения размеров кристаллической подложки СБИС ил-

люстрирует рис. 1.8.

Точки излома на графике соответствуют годам, когда переход на новый раз-

мер кристалла становится повсеместным. Каждому переходу обычно предше

ствуют 2-3-летние исследования, а собственно переход на пластины увели-

ченного диаметра происходит в среднем один раз в 9 лет.

Пока основные успехи в плане увеличения емкости СБИС связаны с уменьше-

нием размеров элементарных транзисторов и плотности их размещения на крис-

талле. Здесь тенденции эволюции СБИС хорошо описываются эмпирическим за-

коном Мура[168]. В 1965 году Мур заметил, что число транзисторов, которое

удается разместить на кристалле микросхемы, удваивается каждые 12 месяцев. Он

предсказал, что эта тенденция сохранится в 70-е годы, а начиная с 80-х темп роста

начнет спадать. В 1995 году Мур уточнил свое предсказание, сделав прогноз, что

удвоение числа транзисторов далее будет происходить каждые 24 месяца.