versione BW

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Circuiti Integrati
Architettura degli Elaboratori 1
A.A. 2002-03
© Roberto Bisiani, 2000, 2001, 2002,
Fabio Marchese 2003
25 marzo 2003
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Circuiti integrati
„
Costruzione di circuiti (logici e non) su
un substrato di silicio
„ Non
solo la parte attiva ma anche le
connessioni tra le porte
„ Incredibile
miglioramento nelle prestazioni,
nell’affidabilita’ e nel costo dei circuiti
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Circuiti integrati
„
„
„
Sinonimi: chip, IC, integrato
I componenti con molte porte devono
contenere circuiti complessi con il minimo
numero di connessioni esterne
I segnali logici viaggiano in un IC con un
certo ritardo che dipende dal tipo di
tecnologia: lo stato dell’arte commerciale e’
un ritardo intorno al nanosecondo
(ns , 10-9 s, miliardesimi di secondo)
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Costruzione dei circuiti
integrati
„
„
„
„
Il circuito viene trasportato su “maschere”
fotografiche: molti chip uguali insieme (wafer).
Il circuito viene, in molti passi, costruito
aggiungendo e togliendo materiale in maniera
selettiva
Ciascun circuito viene staccato dagli altri e
provato.
Ciascun circuito viene inserito in un “package” e
collegato ai piedini esterni.
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Classificazione
SSI 1-10 porte --- non piu’ usati
„ MSI 10-100 porte --- usati solo in prodotti a
bassissima integrazione e costo
„ LSI 100-100,000 porte --- usati in prodotti
molto semplici
„ VLSI piu’ di 100,000 porte --- gran parte dei
componenti di un calcolatore moderno
„
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Tecnologia oggi
„
Commerciale:
circa 0.1 µ
„ Bit per chip (memorie) 256 Mbit
„ dimensioni:
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Esempi (Intel)
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CHIP
DAT
A
MHZ
NUMERO DI
TRANSISTOR
MEMORIA
4004
4/1971
0.108
2,300
640
8008
4/1972
0.108
3,500
16 KB
8080
4/1974
2
6,000
64 KB
8086
6/1978
5-10
29,000
1 MB
8088
6/1979
5-8
29,000
1 MB
80286
2/1982
8-12
134,000
16 MB
80386
10/198
5
16-33
275,000
4 GB
80486
4/1989
25-100
1.2M
4 GB
Pentium
3/1993
60-233
3.1M
4 GB
Pentium Pro
3/1995
150-200
5.5M
4 GB
Pentium II
5/1997
233-400
7.5M
4 GB
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Il numero di transistor implementabili su un solo chip
raddoppia ogni anno e mezzo
(vedi sezione 1.3.1)
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Legge di Moore
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Fattori che limitano i miglioramenti
della densita’ (1)
„
litografia – il problema e’ il costo, non la
fattibilita’:
„I
dettagli non possono essere molto piu’ piccoli
della lunghezza d’onda della luce usata
0.19 µ e’ il limite inferiore se si usa “luce”
„ si puo’ arrivare a dimensioni inferiori usando i raggi x:
„
„
„
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Difficili da mettere a fuoco;
Costosi.
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Fattori che limitano i miglioramenti
della densita’ (2)
„
Leggi fondamentali della fisica:
„ Ci
deve essere un numero sufficiente di elettroni
perche’ un circuito possa funzionare;
„
„
questo limite e’ stimato tra 0.1µ e 0.05µ.
Energia elettrica:
„ Fornire
„
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energia e rimuovere calore;
ma maggiore e’ l’integrazione minore e’ il voltaggio e
la dissipazione: forse questo non sara’ un problema.
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Packaging
„
Da alcune decine fino a quasi mille
connessioni (piedini).
„ Dual-in-line
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Packaging, altri esempi
„
Package a 787 piedini di Sparc (Sun)
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Packaging, altri esempi
„
Pentium II (SECC)
„
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Piuttosto che un package e’ una cartuccia multichip
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Memoria, idea di base (SRAM)
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Tecnologia usata dalle memorie
„
Matrice di transistor (DRAM)
word-line
bit-line
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Chip per implementare memorie
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Tipi di RAM e ROM
Tipo
Categoria
SRAM
DRAM
Read/write
Read/write
ROM
PROM
EPROM
Read-only
Read-only
Readmostly
Readmostly
Read/write
EEPROM
Flash
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Modalità di
cancellazione
Elettrica
Elettrica
Cancellazione
byte
Sì
Sì
Volatile
Usi tipici
Si
Si
No
No
Luce
ultravioletta
Elettrica
No
No
No
No
No
No
Livello 2 di cache
Memoria
principale
Grandi volumi
Piccoli volumi
Prototipaggio
Sì
No
Prototipaggio
Elettrica
No
No
“Film” per
macchine
fotografiche
digitali
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