تقنيات الإلكترونيات الدقيقة على الأصابع: قانون مور وتحركات التسويق ولماذا ليست النانومترية هي نفسها الآن. الجزء 3

في الجزء الثالث ، يناقش مؤلف المقال الأصلي Zelenograd والذاكرة ومعنى التصغير على الأصابع.

إخلاء المسئولية: ذات مرة ، انخرطت في كتابة مقالات حول تصنيع الرقائق ، وفي سلسلة المقالات "Inside Look" ، حتى أنني نظرت إلى داخلها ، أي الموضوع مثير للغاية بالنسبة لي. بطبيعة الحال ، أود أن يقوم مؤلف المقال الأصلي بنشره على حبري ، لكن فيما يتعلق بالعمل ، سمح لي بنقله هنا. لسوء الحظ ، لا تسمح قواعد Habr بلصق النسخ المباشر ، لذا أضفت روابط إلى مصادر وصور ونكت قليلًا وحاولت نص النص قليلاً. نعم ، وأنا أعرف وأحترم المادتين ( 1 و 2 ) حول هذا الموضوع من amartology .

ملخص الحلقات السابقة

لذا ، ماذا تعلمنا من الجزأين الأول والثاني ؟

حتى أوائل عام 2000 ، كانت الأولوية الرئيسية في إنتاج الدوائر الصغيرة لأجهزة الكمبيوتر هي تقليل حجم العناصر (الترانزستورات). جعل التصغير من الممكن استيعاب المزيد من الترانزستورات في كل رقاقة ، مما قلل من متوسط ​​تكلفة الترانزستور الفردي في الدائرة المصغرة وسمح بزيادة ترددات الساعة ، بالإضافة إلى دمج المزيد من الوظائف في رقاقة واحدة. هذا الأخير يقلل من الحاجة للوصول الخارجي إلى حافلة خارجية بطيئة. يرتبط حجم الترانزستورات ارتباطًا خطيًا تقريبًا بما يسمى بمعيار العملية التكنولوجية: مع انخفاض التكنولوجيا بمقدار الضعف ، تنخفض أيضًا الأبعاد الخطية للترانزستورات بمقدار مرتين ، والمنطقة - بمقدار 4 مرات. لم يتغير الهيكل المادي لل الترانزستورات نفسها ، تم تخفيض الأحجام ببساطة.

منذ بداية 2000s ، بدأت القيود المادية للتأثير. أحجام الترانزستورات لم تعد تعتمد بشكل خطي على التكنولوجيا. وكلما قل عدد المقاييس النانوية في العملية التكنولوجية ، أضعف هذا التأثير على الأحجام الحقيقية للعناصر. كل خطوة في تقليص حجم التكنولوجيا مصحوبة الآن بتغيير في فيزياء العملية. بالإضافة إلى ذلك ، مع بدء التصغير ، بدأت الآثار الجانبية تظهر في شكل زيادة في التيارات التسرب وزيادة في استهلاك الطاقة الزائفة. هذا وضع حدًا لزيادة أخرى في سرعات ساعة المعالج. خلال الألفينيات من القرن الماضي ، وهي غدد هادئة ، حدث تغيير في الأولويات. الآن لم تكن المهمة الرئيسية للمصممين هي تقليل حجم الترانزستورات ، ولكن تقليل التيارات التسربية. كانت نتيجة هذه السياسة الانتقال من الترانزستورات المسطحة إلى جملة.

كان أحد مظاهر تعقيد العمليات التكنولوجية الزيادة في تكلفة البلورة مع كل تخفيض في التكنولوجيا. تختلف تكلفة إنتاج الرقائق وفقًا للجدول ذاته - مباشرة بعد إصدار تقنية معالجة جديدة ، يكون السعر الأقصى بسبب انخفاض العائد للرقائق المناسبة ، وتكاليف التصميم الأمثل. نظرًا لأنه يتم تصحيح الإنتاج ، ينخفض ​​سعر التكلفة ، ويزداد عائد الرقائق المناسبة. الحد الأدنى للسعر في نهاية الدورة هو قبل التوقف. في السابق ، كانت تكلفة الدائرة الدقيقة ، على سبيل المثال ، وفقًا للعملية التكنولوجية لـ 3 ميكرونات و 1.5 ميكرون ، هي نفسها في نفس المرحلة من دورة الحياة. ونظرًا لأن عدد الترانزستورات في نفس المنطقة نما 4 مرات ، انخفض سعر الترانزستور الواحد 4 مرات.



بعد الذهاب إلى أقل من 130 نانومتر ، بدأت تكلفة الرقائق في النمو بسبب تعقيد العمليات التكنولوجية. ومع ذلك ، بسبب زيادة كثافة الترانزستورات ، استمرت تكلفة الترانزستور الواحد في الانخفاض. لذلك استمرت لتكنولوجيا 28/32 نانومتر. علاوة على ذلك ، تم إعطاء كل خطوة كل شيء بتكلفة عالية للرقاقة ، وتم تخفيض الحجم الحقيقي للترانزستورات أقل وأقل. ونتيجة لذلك ، فإن ترانزستور واحد على دارة متناهية الصغر بقاعدة 22 نانومتر أو أقل يكلف أكثر من معيار 28 نانومتر ( أبحر! ).

حول زيلينوغراد

الأهم من ذلك كله ، الناس مهتمون ، بالطبع ، في الوضع مع الالكترونيات الدقيقة الروسية. لسوء الحظ ، ليست قوية في شؤون Zelenograd. كل ما أعرفه هو أنه في عام 2014 ، اشترت شركة Mikron خطًا تقنيًا قدره 90 نانومتر من شركة STMicroelectronics الفرنسية قبل الأزمة مباشرة. وبعد ذلك تمت ترقيته إلى مستوى تكنولوجيا عملية 65 نانومتر. أعتقد أن الفرنسيين لم يعجبهم حقًا. تم الإبلاغ عن الانتقال إلى 65 نانومتر في نهاية عام 2014. تنتج بشكل دوري دفعات تجريبية على ذلك. لا أعرف ما إذا كانوا قد دخلوا في المسلسل ( ملاحظة: يبدو أنه نعم - من أجل الذاكرة ). ومع ذلك ، هناك نصف السيادية 65 نانومتر في روسيا.

ملاحظة: حول Mikron ، أعطى BarsMonster نصًا ممتازًا ، وأكثر من ذلك بقليل هنا ، ومقالتين أخريين ( 1 و 2 ) حول الموضوع من amartology .

المشكلة الرئيسية هي أن 65 نانومتر لم تكن شعبية كبيرة. بالنسبة للإنتاج الرئيسي لميكرون ، 90 نانومتر و 180 نانومتر كافية ، وحتى - أوه ، رعب! - ذات سيادة تماما 250 نانومتر. لا تزال تنتج بعض الدوائر الدقيقة للدفاع باستخدام تقنيات 3-5 ميكرون ( ملاحظة: خاصة بالنسبة للمساحة ، حيث الموثوقية مهمة ، وليس السرعة). ببساطة ، كلما كانت الترانزستورات أكبر ، زادت مناعة التداخل والإشعاع ( UPD: مقالة عن مقاومة الإشعاع للدوائر ذات رأي مختلف). وليس هناك حاجة إلى طاقة حوسبية كبيرة جدًا للرقائق المتخصصة ، كقاعدة عامة.

من ناحية أخرى ، من المربح أكثر طلب إنتاج معالجات حديثة في تايوان والصين وفقًا لتقنية 28 نانومتر أو أقل تقنيًا ( ملاحظة: ومرة أخرى نقول مرحبًا بايكال ). في هذه الحالة ، فإن تطوير الهندسة المعمارية والطوبولوجيا روسي تمامًا ، ولكن تصنيع البلورات يحدث في المصانع التايوانية. يشعر الكثيرون بالحرج لأنهم يقولون إن هذه ليست معالجاتنا تمامًا. كطمأنة ، يمكننا أن نقول أن جميع قادة العالم تقريبا في نفس الوضع. ظل إنتاج أشباه الموصلات خاصًا فقط مع شركة Intel. يتم تصنيع العلامات التجارية مثل AMD و Apple و NVidia و Qualcomm و IBM وغيرها في مصانع TSMC أو Samsung. لذا ، جلبت AMD في عام 2009 إنتاجها إلى شركة منفصلة GlobalFoundries ، تم شراؤها من قبل العرب. لم يتقنوا أحدث المعايير التكنولوجية ورفضوا المشاركة في تطوير العملية الفنية التي تبلغ 7 نانومتر ، والتي تركز على العمليات الفنية "الأكثر نضجًا". الآن هم في حالة ما قبل الإفلاس ، والتي من المقرر أن حوالي 2024 ، والمهندسون مستعدون لنقل IBM إلى أنفسهم .

في نهاية عام 2018 ، في ميكرون ، أكدوا خططهم لإنشاء إنتاجهم 28 نانومتر في زيلينوغراد. انهم يخططون لنشر الإنتاج بالفعل في عام 2022 في مصنع جديد تم بناؤه من نقطة الصفر. واقع المواعيد النهائية في شك كبير ، رغم أنه بالطبع سيكون لطيفًا. 28 نانومتر هو بالفعل مستوى مختلف من الإنتاج والتصميم ، مما يتيح لك البدء في إنتاج منتجات جديدة في الأساس. ولكن المزيد عن ذلك أدناه.

بشكل عام ، الوضع في الإلكترونيات الدقيقة الروسية ليس فاسدًا كما قد يبدو. بالنظر إلى ذلك منذ 12 عامًا ، كانت عملية التصنيع "الأرفع" في البلاد تبلغ 800 نانومتر ، حتى أن ال 250 نانومتر الحالية لكل روسيا لا تبدو سيئة للغاية. هناك شائعات بأنهم يتقنون تكنولوجيا "السيليكون الممتد" ، وتحولوا من ألواح 150 ملم إلى 200 ملم ، وأعدوا إنتاج أقنعة الصور الخاصة بهم. ستبقى المشكلة الرئيسية في الطلب والمنافسة غير الكافية مع الواردات ، مما لا يسمح بأي حال من الأحوال بتحقيق ربحية صفرية على الأقل.

هناك محاولات جارية لإتقان شيء ما. على سبيل المثال ، الليثوغرافيا الضوئية في الأشعة فوق البنفسجية العميقة (الطباعة الحجرية EUV).

في هذا المعنى ، فإن القصة مع الشركة الهولندية "Mapper Lithography" مثيرة للاهتمام ( كتب BarsMonster حول هذا الموضوع ، وكذلك مقالة من CorneliusAgrippa ). الشركة متخصصة في معدات وأنظمة الطباعة الحجرية متعددة المسيرات (MEL).

تتيح لك الطباعة الحجرية الإلكترونية العمل باستخدام دقة وضوح في عدد نانومتر ، ولكنها كثيفة الاستخدام للطاقة وبطيئة. استخدامه جعل أقنعة الصور للطباعة الحجرية البصرية. عادة ما يتم استخدام شعاع إلكتروني واحد ، مما يشع المنطقة بأكملها. سيؤدي استخدام MEL إلى تسريع العملية بشكل كبير ، على الرغم من أن استهلاك الطاقة للتركيب قد زاد بشكل كبير.

حاول الهولنديون إدخال MEL في الإنتاج الضخم. على الأقل بالنسبة للدوائر الدقيقة الصغيرة الحجم ، حيث لا يؤتي ثمارها إنشاء مجموعة من أقنعة الصور. أي حيث يكون تطبيق النمط مباشرة على السيليكون أرخص من صنع مجموعة من الأقنعة ، ثم ختم الدوائر الدقيقة باستخدام الطباعة الحجرية الضوئية. وهنا وجد مابر أشخاصًا متشابهين في التفكير في شخص روزنانو. في عام 2012 ، أبرموا عقدًا لبناء مصانع في موسكو وسانت بطرسبرغ. تم افتتاح المصنع في موسكو في عام 2014 ، وفي نفس العام بدأ إنتاج العدسات الإلكترونية.

لا يوجد أي شك في الربحية بعد ، ولكن التقنيات نفسها تتطور وتتطور. مع الأخذ في الاعتبار ارتفاع أسعار عمليات الطباعة الضوئية ، يمكن أن تصبح MEL مساوية للوقت من حيث التكلفة. لسوء الحظ ، لم تنقذ استثمارات RosNano Mapper Lithography نفسها. اشترت شركة Dutch ASML ، الشركة الأكبر في العالم لأنظمة الصور الضوئية والليثوغرافيا. تم إغلاق فرع MEL ، وتم دفع موظفي Mapper في اتجاهات أخرى ( ملاحظة: نظرًا لوجود مثل هؤلاء الحاضرين في EUV لا يستطيع Goliath أن يقف فيه اثنان). الآن في العالم ، هناك لاعبان فقط يواصلان تطوير MEL - American Multibeam و RusNano.

أين نانومتر الصغيرة اللازمة؟

النظر في أكبر شركة تصنيع الإلكترونيات الدقيقة - التايوانية تسمك. إليكم تقرير الربع الثاني من عام 2018:



كما ترون ، فإن أكثر العمليات حساسية تمثل 38 ٪ فقط من إيرادات الشركة ، و 19 ٪ تمثل 90 نانومتر أو أكثر. يستخدم جهاز X-FAB الألماني ، على سبيل المثال ، تقنيات تبلغ 130 نانومتر فقط وأعلى ، ولا يعاني من ذلك.

النظر في المجالات الرئيسية للإلكترونيات الحديثة:

1. إلكترونيات القوى هنا ، العمليات الخفية ليست ضرورية فحسب ، بل مستحيلة. نظرًا لأنهم يعملون فقط في الفولتية في منطقة 1 فولت. لإلكترونيات الطاقة ، يلزم تركيزات شوائب أخرى وأحجام طبقات رأسية. مفهوم غاية العملية له معنى مختلف. يتم حسابه ، لا يعتمد على أصغر تكنولوجيا ممكنة ، ولكنه ينشأ من الفولتية التشغيلية والكثافة الحالية. يتم احتساب أبعاد عناصر الطاقة على أساس قوة الذروة الحالية.
   ملاحظة: عندما أكون في مصنع ABB في مدينة Lenzburg المجيدة ، فقد اندهشت بسرور من مدى اتساع نطاق المنتجات التي ينتجونها وكيف يقومون بتحليل فشل المحولات الحالية المعطلة.
2. الالكترونيات الصناعية. هذه هي العديد من ميكروكنترولر الصناعية وأنظمة التحكم الميكانيكية. وكقاعدة عامة ، فإنها تعمل مع الفولتية تتراوح بين عدة فولت إلى عشرات فولت. تقنيات العمل هناك عادة من 130 نانومتر. الالكترونيات الصناعية لا تتطلب مليارات الترانزستورات ومئات من ذاكرة التخزين المؤقت ميغابايت ، كما عادة ما يتم تنفيذ مجموعة محدودة من العمليات. ميكروكنترولر هي أكثر تخصصا من المعالجات الدقيقة لأنظمة الحوسبة. جزء من التعليمات البرمجية والتعليمات هناك "السلكية" في البلورة نفسها في مرحلة التصنيع ، ولا يتم تحميلها برمجياً. بفضل هذا ، فهي تعمل بشكل أسرع في العمليات المحلية. الشيء الأكثر أهمية هنا هو الموثوقية.
3. الالكترونيات العسكرية والفضائية ومقاومة للإشعاع. هنا ، تبدأ التكنولوجيا من 250 نانومتر. أقل من المستحيل ببساطة ، لأنه مع انخفاض في حجم الترانزستورات ، يزيد عدد حالات الفشل الناتجة عن تأثيرات الإشعاع والتداخل بشكل حاد. بالإضافة إلى الإلكترونيات الصناعية ، عادة ما تكون هذه دوائر متخصصة متخصصة ذات متطلبات أداء منخفضة.
4. الالكترونيات الاستهلاكية والسيارات. الدوائر التناظرية إلى الرقمية والدوائر الدقيقة الرقمية إلى التناظرية. الاتجاه هنا هو مزيج من جميع الوظائف (الرقمية والتناظرية) في بلورة واحدة. بالإضافة إلى الترانزستورات السلطة بشكل طبيعي. على سبيل المثال ، أجهزة تلفزيون أحادية الشريحة. المشكلة هنا هي ، كقاعدة عامة ، أن عدد الترانزستورات المطلوبة صغير. من أجل التشغيل الطبيعي للجهاز ، فإن عشرات الآلاف من الترانزستورات تكفي للعيون. مع وجود تقنيات أصغر من ميكرون ، فإن المساحة التي يشغلونها بالكامل هي جزء صغير من ملليمتر مربع. غالبًا ما تشغل منصات الاتصال للاستنتاجات مساحة أكبر من المنطق نفسه. لذلك ، يحاولون دفع كل شيء ممكن إلى مثل هذه الدوائر الدقيقة - ساعة إلكترونية بها منبه ، وجهاز استقبال لاسلكي ووظائف جانبية أخرى في رقاقة الغسالة. التكلفة هي نفسها تقريبا. لا يوجد أي نقطة في عناء مع نانومتر صغير في مثل هذه الحالة. علاوة على ذلك ، هناك قيود بسبب وجود الترانزستورات ثنائية القطب التناظرية والتيارات التشغيلية ملحوظ. لا معنى لاستخدام أقل من 90 نانومتر حتى في الجزء الرقمي ( UPD: amartology 28 نانومتر CMOS القائم على ADC و DAC ). قد يتغير الموقف مع انتشار إنترنت الأشياء (IoT).
5. علامات RFID. هذه رقائق لبطاقات مختلفة ، مفاتيح إلكترونية ، علامات المنتج. وهي تتألف من دائرة كهربائية صغيرة وهوائي فيلم. تتكون الدائرة الصغيرة من ذاكرة قابلة للبرمجة تعتمد على CMOS والتحكم في الطاقة المستحث على الترانزستورات ثنائية القطب. حجم البلورة أقل من 1 مم ² . عدد الترانزستورات هو عادة صغير ، لا يوجد قوة ثابتة. ولذلك ، فإن متطلبات رخص واحد الترانزستور واستهلاك الطاقة ليست ذات صلة. الشيء الرئيسي هو مدة تخزين قيمة الذاكرة في الوضع السلبي. كما كتبت بالفعل ، بمعدلات أقل من 130 نانومتر ، تزداد تيارات التسرب ، وبالتالي ، يمكن فقدان القيمة في الخلايا. العمليات التكنولوجية أقل من 90 نانومتر ليست فقط ليست ذات صلة ، فهي ضارة.
   ملاحظة: تحليل RFID هنا ، وقريبا سيكون هناك المزيد من الحمير.
6. هندسة الكمبيوتر. المعالجات والذاكرة وأجهزة التحكم. من حيث القيمة ، هذه هي حصة الأسد من سوق الإلكترونيات الحديثة. هذه هي القاعدة: كلما زادت الترانزستورات في الشريحة ، كان ذلك أفضل. على عكس وحدات التحكم المتخصصة ، يتم تحميل مجموعة الأوامر والتعليمات بأكملها برمجيًا. وبالتالي متطلبات الأداء العالي - سعر براعة.

تستطيع الشركات الروسية ( ملاحظة: مع التحفظات والمبالغة) إنتاج أول خمس مجموعات من الدوائر الصغيرة ، باستثناء إنترنت الأشياء. صحيح ، من حيث حجم التداول في السوق ، فهي مجتمعة أدنى بكثير من المجموعة السادسة.

معنى التصغير

كان البعض مهتمًا: لماذا من المهم للغاية دفع الحد الأقصى من الترانزستورات لكل وحدة مساحة؟ ما الذي يجعل من الصعب صنع بلورة أكبر أو صنع بلورين بدلاً من بلورة واحدة.

لتكنولوجيا الكمبيوتر هذا مهم جدا. في الترددات الحديثة ، هناك قيود مادية على حجم البلورة. هذه هي سرعة الضوء ، إنها سرعة انتشار إشارة كهربائية. تبلغ السرعة 300 مليون متر في الثانية فقط ( تقريبًا: هذا مخصص للفراغ ، ويكون أقل بقليل من ثابت العزل الكهربائي ، بسبب الانتشار في الوسط). في معالج بتردد ساعة قدره 3 جيجا هرتز ، تعمل الإشارة الكهربائية على ارتفاع 10 سم لكل دورة ، علاوة على ذلك ، لا يجب على الترانزستورات فقط تغيير حالتها لكل دورة ، ولكن يجب أن يكون بإمكان جميع الترانزستيين الصمود. للقيام بذلك ، تحتاج إلى مخزون لا يقل عن 3 مرات. أي يجب ألا يكون أبعد ترانزستور في البلورة أكثر من 3 سم من مولد الساعة. يتم وضع المولد في وسط الشريحة ، مما يعني أن الدائرة بأكملها يجب أن تتناسب مع دائرة بنصف قطر 3 سم من وسط الشريحة (يمكنك التحقق من جهاز الكمبيوتر الخاص بك ؛)). للحصول على الكريستال على شكل مربع ، نحصل على الحد الأقصى لحجم 4x4 سم ، وكلما زاد التردد ، أصغر أحجام الحد.

بالوعة الحرارة كلما زاد حجم البلورة ، زادت صعوبة إزالة الحرارة من الوسط. وهذا محفوف.

أصغر الأبعاد الخطية من الترانزستورات ، أصغر السعة الضالة وأسرع العابرين. وفقا لذلك ، سرعة أعلى وانخفاض التغذية الحالية.

الآن لماذا يوجد معالج واحد يحتوي على 4 ملايين الترانزستورات ، على سبيل المثال ، أفضل من 4 معالجات مع 1 مليون الترانزستورات لكل منهما. بالنسبة للمبتدئين ، مسألة السعر. ستكلف البلورة التي تحتوي على 4 ملايين ترانزستور أكثر قليلاً من البلورة التي تحتوي على مليون ترانزستور. منذ إنشائها في عملية تقنية واحدة. بالإضافة إلى الشريحة ، تتكون الدائرة الصغيرة من علبة ودبابيس ذهبية من الكريستال. والذهب ليس معدن رخيص. تقليديا ، لدائرة كهربائية دقيقة 1 مليون ، هناك حاجة إلى 300 الاتصالات (1200 ل 4 الدوائر الصغيرة) ، ل 4 ملايين - 308. صالح واضح.

ثم تتفاعل 4 دوائر مصغرة مع بعضها البعض من خلال ناقل خارجي ، وهي أبطأ عدة مرات من تردد الساعة للمعالج نفسه (انظر الفقرة على سرعة الضوء). ملاحظة: نعم يوجد حل من AMD مع Infinity Fabric ، ولكن هذه مشكلة منفصلة. اتضح أن 4 معالجات يمكن أن تعمل فقط في وضع المهام المعزولة. في حين أن 4 نوى داخل شريحة واحدة يمكن أن تعمل كمجموعة ، فإن توزيع المهام بسرعة والتبادل بسرعة ساعة المعالج.

لذلك ، الرغبة في جعل الترانزستورات أصغر ما يمكن ، وحشد كل شيء يمكن تبريره بعقلانية.

آفاق

اتضح أنه مع المجموعات الخمس الأولى من الإلكترونيات الدقيقة في روسيا ، كل شيء ليس سيئًا للغاية. مشاكل مع الربحية والسعر ، ولكن الفرص التكنولوجية موجودة. الحوسبة أصعب. يمكنك بالطبع جعل بايكال أو البروس باستخدام تقنية 65 نانومتر. هذا هو عصر Intel Pentium 4 ( pichal! ). ولكن فقط مع هذه السلسلة الضئيلة ستكون التكلفة باهظة. أو ، كخيار ، بيع بأقل من التكلفة على حساب الميزانية. والتين؟ حتى يتم تغطية هذه الفرصة ، من الأسهل والأرخص إنتاجها في تايوان (والتي ، في الواقع ، يتم تنفيذها).

مع الوصول إلى المستوى العالمي والمسلسلات الكبيرة ، يبدو الظلام يائسًا. ولكن هنا ظهرت بصيص ضوء. ويرتبط مع ظهور أنواع جديدة من الذاكرة الإلكترونية. لشرح سبب التفاؤل ، يجب عليك الدخول في التفاصيل الفنية قليلاً.

الأنواع الرئيسية للذاكرة الإلكترونية

ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة أو SRAM .
في الواقع ، هذه دائرة ترانزستور للترانزستورات ذات التأثير الميداني لأي ترنزستورات ، MOSFET ، JFET ، BJT ، HEMT. المشغلات المنطقية المعروفة منذ فترة طويلة.



خلية الذاكرة ستة الترانزستور هو المعيار. على الرغم من أن هناك 8 و 10 الترانزستور.



بفضل التعليق المتقاطع في الداخل ، فإنه يخزن حالته حتى في حالة عدم وجود إشارة عند الإدخال. بينما هناك طعام بالطبع. يتم استخدام الترانزستورات MOS نفسها ، فإنها تستهلك فقط التبديل الحالي عندما تتغير القيم. في حالة ثابتة ، يتم استهلاك تيار التسرب الضائِط فقط.

إيجابيات - سرعة قراءة وكتابة عالية (على مستوى تردد الساعة) ، انخفاض استهلاك الطاقة ، وضوح تخزين القيمة ، والتكنولوجيا القياسية
سلبيات - تقلب ، بصمة كبيرة على رقاقة.

يستخدم عادةً كذاكرة تخزين مؤقت للمعالج. كما يتم إنتاج رقائق SRAM منفصلة ، لكنها الآن أكثر غرابة.

ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية أو DRAM .
خلية الذاكرة الديناميكية هي واحدة من الترانزستور CMOS المعدلة قليلاً:



الفرق من الترانزستور القياسي MOS هو أن الاتصال بالنزول غير متصل بالناقل ، لكنه يتحول إلى مكثف رقيق صغير مسطح Metal - Dielectric - Silicon. إذا تم شحن المكثف - منطقي "1" ، غير مشحون - منطقي "0". تتم إدارة كل خلية من قبل دائرة التحكم - وحدة التحكم. يتم دمج خلايا الذاكرة في صفوف وأعمدة ، وتشكيل مصفوفة مسطحة. يتم دمج الصفوف بواسطة البوابات والأعمدة حسب المصادر.

عند التسجيل ، يتم تطبيق الجهد على مصراع الكاميرا ، يفتح الترانزستور. إذا تم تزويد التيار الكهربائي بالمصدر من وحدة التحكم في هذه اللحظة ، فسيظهر التيار وشحن المكثف. لا الجهد ، وليس الشحن. يذهب التسجيل على السطر بأكمله في نفس الوقت.

القراءة متشابهة ، فقط وحدة التحكم في وضع القراءة. يتم تطبيق الجهد على البوابات. إذا تم شحن المكثف ، سوف يتدفق التيار (منطقي 1) ، إذا لم يتم شحنه ، فلا يوجد تيار (منطقي 0). تتم قراءة السطر بالكامل أيضًا مرة واحدة. بعد قراءة المكثفات يتم تفريغها ، يتم تعيين جميع الخلايا على 0. استنادًا إلى البيانات الواردة ، تعيد وحدة التحكم كتابة السطر.

في الواقع ، تحدث القراءة والكتابة باستمرار ، حتى في غياب النشاط. الحقيقة هي أن سعة المكثف صغيرة جدًا ، ويتم تفريغها بسرعة ، في غضون مللي ثانية أو عشرات مللي ثانية. لذلك ، الخلفية هي تجديد مستمر (قراءة وإعادة كتابة السطور). بمجرد توقف التجديد ، في غضون مئات من الثانية ، تتم إعادة تعيين البيانات في جميع الخلايا.

مزايا الذاكرة الديناميكية هي الاكتناز.
سلبيات - انخفاض السرعة ، واستهلاك الطاقة العالية ، وتعقيد السيطرة ، والاعتماد على الطاقة.

ومع ذلك ، على الرغم من جميع أوجه القصور ، أصبحت جميع وحدات ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) الآن من النوع DRAM. باستثناء الغريبة النادرة. تغلبت كل شيء على الاتفاق.

ذاكرة قابلة للبرمجة ، ذاكرة فلاش و EEPROM .
إنها مبنية على أساس الترانزستورات ذات التأثير الميداني مع بوابة عائمة:



تحت بوابة التحكم ، يوجد آخر ، غير مرتبط بأي شيء وتحيط به عازلة من جميع الجوانب - "البوابة العائمة". تدخل الشحنة البوابة العائمة وتؤثر على تشكيل القناة. لا يوجد مكان لشحنه من المصراع العائم ، لذلك تحتفظ الخلية بقيمتها حتى عند انقطاع التيار الكهربائي. اعتمادًا على تدهور العزل الكهربائي المحيط ، يمكن تخزين الشحنة من عدة أشهر إلى عشرات السنين.


في أبسط الحالات ، للحصول على وحدة ، يمكنك قيادة شحنة موجبة ، ثم سيتم فتح الترانزستور طوال الوقت. في الحياة الواقعية ، يتم استخدام شحنة سالبة ، والتي "تغلق" القناة أكثر.

كيف هي القراءة. يتم تطبيق الجهد الإيجابي على بوابة التحكم مباشرة فوق العتبة. إذا تم تفريغ البوابة العائمة ، يتم تشكيل قناة في القاعدة ويفتح الترانزستور - المنطقي "1". في حالة الشحن ، فإنه يعوض عن الجهد الكهربي لبوابة التحكم ، ولا يتم تشكيل القناة. تم إغلاق الترانزستور ، وهو "0" منطقي.

القراءة بسيطة. المشكلة الرئيسية هي التسجيل. من الضروري دفع الشحنة إلى مصراع معزول أو إزالته. في أوقات مختلفة ، استخدموا الأشعة فوق البنفسجية ، انهيار الانهيار ، حقن الإلكترونات عالية الطاقة ، وانهيار الأنفاق.

مع انهيار الانهيار فمن الواضح. أنها تعطي الجهد العالي ، وأنها تخترق عازلة وشحن البوابة العائمة. لتفريغ انهيار في الاتجاه الآخر. لكن انهيار الانهيار هو شيء من هذا القبيل ، هو مثل صدمة كهربائية لشخص. القتل لن يقتل ، لكن بعد الساعة العاشرة ، يمكن أن تهتز الصحة. لذلك ، كان عدد دورات إعادة الكتابة محدودًا.

أثناء حقن الإلكترونات ، لا يحدث الانهيار ، ببساطة تحت تأثير الجهد الكهربائي ، الإلكترونات ذات مستوى الطاقة العالي تتخلل أكسيد الأكسجين وتسقط في البوابة العائمة (أو منه). عيوب الأسلوب هي مدة الدبلجة والجهد العالي.

مع ترقق الطبقات العازلة إلى الوحدة نانومتر ، أصبح من الممكن لشحن وتفريغ بوابة عائمة باستخدام تأثير النفق. بواسطة الحقل الكهربائي ، نغير بنية الطاقة للكلمات بحيث يكون أمام المصراع إما مستويات مملوءة بالإلكترونات أو مستويات حرة. ثم نفق الإلكترونات إما هناك أو مرة أخرى. بفضل هذا ، وصل عدد دورات إعادة الكتابة إلى آلاف أو عشرات الآلاف. يعتمد على المواد وجودة العزل الكهربائي.

المزايا - استقلال الطاقة ، والاكتناز ، وسرعة القراءة اللائقة.
سلبيات - وقت التسجيل الطويل ، تسجيل الجهد العالي ، التدهور أثناء العمل.

المستخدمة في أجهزة SSD وعلامات RFID.

ملاحظة: بالمناسبة ، تم نشر محرك الفلاش أيضًا في ذلك الوقت لإجراء التجارب ...

الذاكرة المغناطيسية ، MRAM .
نوع جديد من الذاكرة. يشبه مبدأ التشغيل DRAM ، ولكن بدلاً من المكثف الكهربائي ، يتم استخدام خلية مقاومة المغناطيس. خلية مقاوم المغناطيسية هي بنية تعتمد مقاومتها الكهربائية على اتجاه المجالات المغناطيسية.

يتكون من طبقتين من المغناطيس ، بينهما طبقة عازلة رقيقة (حوالي 1 نانومتر). الطبقة الأولى هي مغنطيس مغناطيسي ذو مغنطة ثابتة ، والثانية مع متغير ، ما يسمى الطبقة الحرة. إذا كانت نطاقات الطبقة الأولى والثانية موجودة في نفس الاتجاه ، فيمكن للإلكترونات أن تنفق بفعالية عبر تيار عازل عالي النفق. إذا كانت المجالات موجهة بشكل معاكس ، فإن تيار النفق يصبح أضعاف الحجم.

من الناحية التخطيطية ، يمكن تمثيل خلية مقاومة المغناطيسية كمقاوم له قيمتان مقاومتان - عالية ومنخفضة. تخزن الطبقة الحرة متجه مغنطة إلى أجل غير مسمى وبدون طاقة خارجية. وهذا هو، هذا النوع من الطاقة الذاكرة لا تعتمد على.



مع القراءة ، كل شيء بسيط: نحن نطبق الجهد على بوابة الترانزستور ، ويبدأ أخصائي المغناطيس في التدفق من خلاله. إذا كانت مقاومة الباطن عالية ، فإن التيار ضعيف ، إذا كان منخفضًا ، ثم تيار قوي. حسب حجم التيار ، يتم تحديد "0" أو "1" منطقية.



مشاكل في التسجيل مرة أخرى. يتم تطوير العشرات من الطرق ، لكل منها اختصار خاص بها.

في البداية ، تمت إعادة كتابة الطبقة الحرة بواسطة تيار قوي. ولكن هذا هو ارتفاع استهلاك الطاقة عند التسجيل. بالإضافة إلى ذلك ، في هذه الحالة ، لا يمكن جعل الخلية أصغر من مئات نانومتر ، وإلا سيتم إعادة شحن الخلايا المجاورة. هذا النوع من شرائح الذاكرة بسعة 16 ميجابايت كحد أقصى.

لذلك ، يتم تطوير طرق أخرى - عن طريق التسخين الحراري المحلي ، تدريجيًا ، باستخدام مضادات مغناطيسية ، بواسطة تيار الدوران. يبدو الخيار الأخير الآن هو الأكثر واعدة. الفيزياء هناك معقدة ، وتتحول إلى ميكانيكا الكم. لذلك ، دعونا ننسى الوضوح.

ميزة أخرى من MRAM هي أن الخلايا المغنطيسية لا تتطلب عزل الفضاء على الرقاقة. تقع أعلاه ، فوق بنية CMOS. أيأولاً نقوم بتكوين جميع طبقات CMOS ، أول طبقات التعدين ، كل شيء مغطى بالأكسيد. ثم على قمة الطبقة الأولى الصلبة من المغناطيس. نحن تآكل الزائدة ، ثم نفس الشيء مع الطبقة العازلة والمغناطيس الحديدية الثانية. اتضح هيكل مضغوط جدا.

تعتبر الذاكرة المغنطيسية الآن الأكثر واعدة. حتى أن البعض يزعم أنه مع إدخاله في السلسلة ، فإن فصل الذاكرة إلى التشغيل والدائم سيختفي تمامًا. ستكون مجرد ذاكرة. على وجه الخصوص ، لن يحتاج نظام التشغيل إلى التحميل ، وسيعمل فورًا من الذاكرة عند تشغيل الطاقة. مثل TR-DOS على سنكلير في الأيام الخوالي. هناك ، عملت نواة OS من ROM.

أي مكان تحتل روسيا هنا. في تطوير MRAM ، لدينا ، وإن لم يكن القادة ، هم على خط المواجهة. على أي حال ، وداعا. هناك مثل هذه الشركة الروسية "Crocus Nanoelectronics "، التي تتعامل مع ذاكرة STT MRAM ، أي نقل دوران MRAM ( أكثر ).

هذا يتيح لمصنعينا فرصة سانحة لاقتحام السوق العالمية لمصنعي شرائح الكمبيوتر. النافذة ليست كبيرة جدا ، لكنها كذلك. تحتاج الإرادة الحرة ، والمال ، وتكنولوجيا عملية لدينا 28nm.

استنتاج

أعتقد أن إحدى مشكلاتنا الرئيسية هي العقلية. هذه عادة من الوقوع في العواطف ، والتخلي عن الذات. بدلا من العمل بشكل منهجي وهدف. في الإلكترونيات الدقيقة ، هذا حاد بشكل خاص. ما عليك سوى أن تتذكر المثل الروسي القديم: العيون خائفة ، والأيدي تفعلانه.

قادة العالم تقع في القيود المادية ، والصناعة تتحرك من النمو السريع إلى التنمية البطيئة. لا تزال الاختراقات مثل المعالجات الكمومية في الأفق البعيد. أقرب من النقل الفضائي ، ولكن على الأرجح ليس في حياتنا. خلال العشرين عامًا القادمة ، من بين اللاعبين في مجال الإلكترونيات الدقيقة ، يمكن أن يتغير تكوين القادة بشكل جذري. الشيء الرئيسي هنا هو عدم النقر فوق المنقار.

الجزء 1 و الجزء 2 .

---

لا تنس الاشتراك في المدونة : ليس من الصعب عليك - أنا سعيد!

ونعم ، يرجى الكتابة عن أوجه القصور المذكورة في النص في PM.

ملاحظة: دقيقة الإعلان. فيما يتعلق بأحدث اتجاهات "الموضة" ، أود أن أذكر أن جامعة MSU تفتتح هذا العام حرمًا جامعًا دائمًا (وكانت تدرس لمدة عامين!) في جامعة مشتركة مع كلية بكين التقنية في شنتشن. هناك فرصة لتعلم اللغة الصينية ، بالإضافة إلى الحصول على شهادتين في آن واحد (تتوفر تخصصات تكنولوجيا المعلومات من VMK MSU). يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول الجامعة والاتجاهات والفرص المتاحة للطلاب هنا . استقبال الوثائق - حتى 10 يوليو!