VLSI INTRODUCCIÓN A VLSI

Transcripción

1 Introducción n al diseño o digital VLSI

2 Qué es Microelectrónica? Ciencias y técnicas con las que se realizan y fabrican circuitos/sistemas electrónicos, sobre una pastilla de un semiconductor, lo que formará un circuito integrado Algunos términos - Chip: Es la parte activa del circuito integrado (CI) - Encapsulado en plástico, cerámica,... - Conectado al exterior por conductores metálicos (pines) - Un chip se toma como sinónimo de circuito integrado. No hay que confundir con circuito impreso, que es donde se colocan los circuitos integrados para formar las placas o tarjetas Pines Chip

3 cable pad core 6bits Flash A/D Converter [Weste]

4 Sectores implicados Industrias: Fabricación de circuitos integrados Microelectrónicas: fábricas (foundries), realización de CI s, etc. Electrónicas: computadores, audio y vídeo, etc. Otras: automóvil, lavadoras, etc. Investigación (I+D): Búsqueda de nuevos CI s y técnicas de realización Privados: departamentos de I+D de empresas del sector Públicos: universidades y centros públicos de I+D Enseñanza: Preparación de personal preparado Privados y públicos Sociedad: Consumo de aplicaciones y productos Acciones políticas nacionales (p.ej., CNM) y europeas (p.ej., Europractice)

5 Laboratorios Bell: 16 de diciembre de 1947 William Shockley (sentado), John Bardeen (izquierda) y Walter Brattain (derecha)

6 El transistor Shockley (1947) Bloque triangular de poliestireno con 2 contactos presionados por un resorte contra un cristal de Ge. Aplicando corriente&tensión a Ge da lugar a una amplificación

7 Ley de Moore (1965) El número de transistores por mm 2 en un circuito integrado se duplica cada 1,5 años Video en

8 Ejemplos de procesadores de Intel Año Transistores , , , , ,000 Intel386 processor ,000 Intel486 processor ,180,000 Intel Pentium processor ,100,000 Intel Pentium II processor ,500,000 Intel Pentium III processor ,000,000 Intel Pentium 4 processor ,000,000 Intel Itanium processor ,000,000 Intel Itanium 2 processor ,000,000

9 El mercado del diseño o de circuitos integrados Reto de diseño Aprovechar el crecimiento exponencial en funcionalidad con un incremento similar en productividad Condicionantes de mercado 1 er fabricante: 70% 2 o fabricante: 15% Resto: 15 % Fuente: FPGA Reuse Field Guide, Qualis Design Corporation, 2002.

10 Evolución n de los C.I. Tamaños relativos

11 Evolución n de los C.I. Incremento de funcionalidad

12 Evolución n de los C.I. Incremento de funcionalidad

13 producto microelectrónico proceso de fabricación proceso de diseño

14 Proceso de fabricación Datos del diseño (LAYOUT) Materias primas PROCESO DE FABRICACIÓN Proceso tecnológico: conjunto de procesos físico-químicos Capas del proceso y reglas de diseño: especifican cómo hacer las máscaras para obtener layout

15 Datos del diseño ( o (LAYOUT) Layout: Mapa del circuito descrito por los patrones geométricos del conjunto de capas que caracterizan a un determinado proceso tecnológico

16 Obtención de las obleas Proceso de fabricación Obleas Sílice Si Máscara Obtención de máscaras y actuaciones sobre las obleas Fuente Lente Oblea Yield: Nº de circ. buenos Nº total de circ. Testado del proceso obtención de chips (en su caso, encapsulado y test del CI)

17 Proceso de fabricación Obleas de 6 pulgadas [Hennessy & Patterson] 80 dados de 1.6 x 1.0 cm 2 Intel dados de 0.86 x 0.6 cm2 Cypress CI7C601

18 Pasos del proceso de fabricación

19 Pasos del proceso de fabricación

20 producto microelectrónico proceso de fabricación proceso de diseño

21 Proceso de diseño APROXIMACIONES A LA IMPLEMENTACION DE CIRCUITOS Custom Semicustom Basados en celdas Automatización Prestaciones Basados en arrays Celdas estándar Celdas compiladas Macroceldas Predifundidos MPGAs Precableados FPDs

22 Metodologías de diseño full custom matriz de puertas celdas estándar FPGA

23 Proceso de diseño CONCEPCIÓN Y ESPECIFICACIONES OK? DISEÑO FINAL VERIFICADO FABRICACIÓN DISEÑO Y SIMULACIÓN NO SI VECTORES DE TEST PRODUCTO FINAL

24 Diseño Full-Custom Ventajas prestaciones densidad de diseño Diseño manual alto coste mucho tiempo para su presencia en el mercado

25 Diseño Full-Custom Justificable si coste amortizable por gran volumen de producción el bloque es reutilizable el coste no es un criterio primario Minima automatización pero indispensables: editor de layout chequeador de reglas de diseño extractor de circuitos simuladores

26 Diseño o con Celdas Estándar Diseño automático bajo coste poco tiempo para su presencia en el mercado Se dispone de: librería de componentes generadores de módulos bloques de circuito IP

27 Circuitos predifundidos Matriz de puertas NAND3 Biestable D a b c Clk D Q El diseñador sólo personaliza el conexionado a b c z

28 Diseño o con Dispositivos Precableados Arquitecturas basadas en planos AND-OR PLA PAL PROM PLA

29 Diseño o con Dispositivos Precableados FPGA FPGA (Field Programmable Gate Arrays) Estructura de alta densidad, constituidos por matrices de estructuras lógicas de granularidad variable, y de elementos programables para interconectarlas en una variedad de maneras.

30 FPGA Un FPGA está constituido por los elementos programables:

31 FPGA Un FPGA está constituido por los elementos programables: recursos de procesado

32 FPGA Un FPGA está constituido por los elementos programables: recursos de procesado puertos de entrada/salida

33 FPGA Un FPGA está constituido por los elementos programables: recursos de procesado puertos de entrada/salida red de interconexión

34 Ejemplo de FPGA Xilinx Spartan 3

35 Ejemplo de Familias de FPGA

36 Placas de evaluación

37 Flujo de diseño o con FPGA

38 FPGA Ampliar información en Canals_FPGAs_solo.pdf

39 Metodologías de diseño: CAD

40 Metodologías de diseño: Coste

41 El Futuro

42 Evolución n de la microelectrónica Longitud mínima de puerta μm 100 decenas de micras En los 40 años transcurridos se ha reducido 100 veces Tecnologías submicrónicas decenas de nm Año

43 Evolución n de la microelectrónica Retraso ns 100 decenas de nanosegundos decenas de picosegundos Año

44 10 De la microelectrónica a la nanoelectrónica nica Micron Nanometer

45 Nanotecnología La Nanotecnología es la creación de Materiales Funcionales, Dispositivos y Sistemas a través del control de la materia a escalas de longitud de los nanómetros y la explicación de nuevos fenómenos y propiedades de los materiales (Físicas, Químicas y Biológicas) a estas escalas de longitud.

46 Semiconductor Industry Association (SIA) 2004 Annual Report

47 Semiconductor Industry Association (SIA) 2004 Annual Report

48 Nanotubos FET nanotubo de IBM

49 Aplicación n de los nanotubos Pantallas flexibles con nanotubos Los nanotubos abren las puertas hacia un nuevo tipo de pantalla de televisión y monitores totalmente planos. Las pantallas serán extraorninariamente delgadas y planas, además de flexibles.

50 Nanoparticulas Sistemas autoensamblados Las nanoparticulas son bloques básicos que permiten construir nanoestructuras complejas. La nanotecnología molecular requiere el desarrollo de la autoreproducción y el autoensamblaje para la construcción de los sistemas.

51 Almacenamiento ultramasivo Proyecto Millipede (Milpies) de IBM Permite almacenar un trillón de bits (el equivalente a 25 DVDs). El medio de almacenamiento es una película delgada de material orgánico depositado sobre una superficie de silicio. Se realiza el contacto con la serie de puntas de silicio movidas en x-y.

52 Almacenamiento ultramasivo Proyecto Millipede (Milpies) de IBM

53 Inversión n en nanotecnología Fuente: Intel

54 Y Y qué más...?