История развития микропроцессора

    ОАО «Ангстрем (компания)» производит (не разрабатывает) следующие серии микропроцессоров:

• 1839 — 32-разрядный VAX-11/750-совместимый микропроцессорный комплект из 6 микросхем. Технология изготовления — КМОП, тактовая частота 10 МГц.
• 1836ВМ3 — 16-разрядный LSI-11/23-совместимый микропроцессор. Программно совместим с PDP-11 фирмы DEC. Технология изготовления — КМОП, тактовая частота 16 МГц.
• 1806ВМ2 — 16-разрядный LSI/2-совместимый микропроцессор. Программно совместим с LCI-11 фирмы DEC.Технология изготовления — КМОП, тактовая частота 5 МГц.
• Л1876ВМ1 32-разрядный RISC микропроцессор. Технология изготовления — КМОП, тактовая частота 25 МГц.

    Из  собственных разработок Ангстрема  можно отметить однокристальную 8-разрядную RISC микроЭВМ Тесей.

    Компанией МЦСТ разработано и внедрено в производство семейство универсальных SPARC-совместимых RISC-микропроцессоры с проектными нормами 130 и 350 нм и частотами от 150 до 500 МГц (подробнее см. статью о серии — МЦСТ-R и о вычислительных комплексах на их основе Эльбрус-90микро). Также разработан VLIW-процессор Эльбрус с оригинальной архитектурой ELBRUS, используется в комплексах Эльбрус-3М1). Основные потребители российских микропроцессоров — предприятия ВПК.

    В советское время одним из самых  востребованных из-за его непосредственной простоты и понятности, стал задействованный  в учебных целях МПК КР580 — набор микросхем, аналогичных набору микросхем Intel 82xx. Использовался в отечественных компьютерах, таких как Радио 86РК, ЮТ-88, Микроша, и т. д. 
 
 

4. Микропроцессоры будущего.

    Не  технология, а стоимость станет самым  серьезным препятствием при разработках  микропроцессоры будущего.

    Через 15 лет микропроцессоры будут работать на гигагерцевых частотах, а число  транзисторов на кристалл размером с  ноготь составит миллионы. Протяженность  многослойных межсоединений, выполненных  на кристалле с молекулярной точностью, составит более километра. На первом плане окажется проблема достижения максимального быстродействия межкомпонентных  соединений, с которой поставщики ПК пытаются справиться и сегодня, поскольку  скорости внутри ИС в грубом приближении  впятеро выше, чем при обмене сигналами  между ИС и платой. Большие трудности  для разработчиков ИС создадут и  задержки распространения сигналов между многочисленными металлическими слоями.

    Более производительные ИС откроют в будущем  возможности реализации многочисленных приложений ПК, ограниченных лишь нашей  изобретательностью. Уже теперь микропроцессоры  позволяют осуществлять такие функции, как распознавание рукописного  текста и перевод с одного языка  на другой. И все же препятствия  на пути дальнейшего развития микросхемотехники  существуют. Если это не технология, то что же?

    Стоимостные барьеры

    Одно  из препятствий, мешающих развитию микропроцессорной  техники и технологии, связано  с высокой стоимостью строительства  предприятия (завода) для полупроводникового производства, которая ныне превышает 1 млрд. долл. Сегодня существует около  тысячи таких заводов; строительство порядка сотни таких заводов в период до 2012 г. обойдется еще дороже. К тому же эти затраты не идут ни в какое сравнение с расходами, которые потребуются для доведения новых микросхем до рынка. Например, разработка и внедрение первого микропроцессора Pentium обошлись компании Intel в сумму более 5 млрд. долл. Разработка микросхем 2012 г., независимо от того, будут ли они выполнены на основе RISC- или CISC-архитектуры, может обойтись в сумму около 10 млрд. долл.

    Расходы на изготовление микросхем фактически признал в качестве ограничивающего  фактора Гордон Мур из компании Intel. Муру это хорошо известно, так как  он первым указал в 1965 г. на стратегическую тенденцию пропорционального уменьшения размера транзисторов в целях  экономически эффективного изготовления более миниатюрных и быстродействующих микросхем повышенной функциональности (эту тенденцию затем стали называть «Законом Мура»). В соответствии с ней каждый год в продажу поступают все более быстродействующие и миниатюрные компьютеры.

    Есть  специалисты, утверждающие, что для  развития микросхемотехники нет  реальных препятствий и что при  должном использовании технологии можно достичь гораздо большего, чем повышение продуктивности. Возможности  воплощения в жизнь любых достижений, видимо, значительно шире. Можно  ли воспользоваться завтрашней технологией, чтобы добиться большего прогресса  в таких сферах, как образование  и восприятие культурных ценностей? Ведь встречались и еще более  странные вещи, даже в электронной  промышленности.

    Архитекторы кремниевых пластин

    В попытках ускорить обработку информации путем минимизации задержек распространения  сигналов разработчики стали размещать  металлические токопроводящие дорожки  возрастающей длины слоями. В то время как в конце восьмидесятых  годов в ИС использовался только один слой металлизации, сегодня число  таких слоев достигает четырех  или пяти.

    Хотя  такая слоистая структура будет  быстро прогрессировать и число  слоев увеличится до восьми и более, возможности подобных металлических  структур, связанные с прохождением сигналов, достигнут в конце концов предела и потребуются какие-то новые методы. Токопроводящие дорожки  будут, скорее всего, медными, а не алюминиевыми, так как медь обладает лучшей электропроводностью. А вместо изолирующей пленки из двуокиси кремния для разделения токопроводящих дорожек на пластину будут осаждаться либо наноситься — с использованием центрифуги — фторированные окислы.

    Это чудесное сочетание материалов понизит  резистивно-емкостную постоянную времени  проводников. Благодаря сведению к  минимуму сопротивления металла  и уменьшению диэлектрической проницаемости  изолирующей пленки разработчики добьются ускорения прохождения сигналов. Именно в этом отношении решающую роль приобретает выбор технологий.

    Важнейшие технологические  достижения

    Стоимостные и технологические вопросы в  полупроводниковой промышленности тесно взаимосвязаны. Сегодня существует несколько технологических процессов  изготовления микросхем; определяющая доля суммарных затрат на изготовление приборов приходится на процессы производства пластин. В число таких процессов  в настоящее время входят литография, ионная имплантация, диффузия и окисление, осаждение, травление, очистка, планаризация и измерения.

    Процесс производства микросхем начинается с закупки кремниевых пластин  размером 100, 125, 150 и 200 мм. Крупные (pizza-size) пластины (300 мм), как ожидается, поступят в производство после 1998 г. Ведется, правда, в небольших масштабах  разработка и 400-мм пластин.

    Литография  играет здесь ведущую роль. Это  метод воспроизведения изображений, при котором точно копируется каждый схемный элемент, причем требуемый  инструментарий также относится  к числу наиболее дорогостоящих  видов технологического оборудования. В ходе этого процесса установки  фотолитографии с последовательным шаговым экспонированием, оснащенные прецизионной оптикой, фокусируют луч  с длиной волны 365 нм (в скором времени  это будет 248 нм, а затем и 193 нм) на пластину, покрытую светочувствительной  пленкой фоторезиста. (К изготовителям  установок с последовательным шаговым  экспонированием, кварца и других материалов предъявляются все более жесткие  требования, обусловленные переходом  на более короткие длины волн). Далее  следует травление или ионная имплантация. В результате селективного травления экспонированных пленок образуются канавки, заполняемые в  дальнейшем металлом. Совершенно другой процесс представляет собой ионная имплантация, которая дает инженерам  возможность с высокой точностью  изменять электрические свойства кристалла  путем внедрения в поверхность  кремния заряженных атомов (ионов), ускоренных электрическим полем.

    Диффузия  и окисление осуществляются в  реакторах, выполненных в виде 3,7-м  вертикальной трубы, в которых помещаются сотни пластин. Данная технология нуждается  в переходе к печам с быстрой  загрузкой, но существующий метод доведен практически существу до совершенства и экономически эффективен.

    Осаждение пленок также проводится в реакторах, но одновременно обрабатывается только одна пластина, чтозначительно замедляет  производственный процесс. Если бы не громадные достижения в области  вычислительной техники и программного обеспечения, работа заводской службы материально-технического обеспечения  была бы просто кошмаром; по иронии судьбы она держится на той самой технике, созданию которой она способствует.

    Реакторы  для травления также обрабатывают по одной пластине и производят селективное  удаление пленок алюминия, вольфрама, кремния, поликремния, двуокиси кремния  и фоторезиста, а также бесчисленных остатков (загрязнений). Каждая пластина сотни раз подвергается очистке; поразительно, что ежедневный расход воды на типичном заводе составляет примерно 61 тыс. м3, что соответствует 15 футбольным полям, покрытым слоем воды толщиной 30 см. Это обычно создает серьезные  проблемы для служб материально-технического обеспечения, а страны, лишенные доступа  к дешевым водным ресурсам, могут  столкнуться с экономическими трудностями. В этом процессе расходуется также  очень много электроэнергии.

    Планаризация (получение плоских пленок) может  осуществляться способом влажной химической и механической полировки на установке, представляющей собой модифицированный станок для предварительной полировки  кремния. Этот метод лишь в последнее  время начинает получать широкое  распространение в полупроводниковой  промышленности, что обусловлено  проблемами однородности пленок, надежности оборудования и наличием конкурирующих  технологий.

    Наконец, коснемся измерений. Попросту говоря, дело заключается в следующем. Если вы не можете измерить ширину 0,1-мкм  токопроводящей дорожки, то вы не знаете, действительно ли эта дорожка  имеет ширину 0,1-мкм. Чтобы обеспечить получение высокой точности, средствам  контроля размеров на заводской производственной линии пришлось пройти долгий путь. Однако, если учесть, что по затратам эти средства соперничают с установками  фотолитографии с последовательным шаговым экспонированием, вы, возможно, предпочтете заменить техника, уставившегося  в замысловатый микроскоп, какой-либо «разумной» системой.

    Путь  прогресса

    Пределы, обусловленные существующими технологиями, и законы физики не помешают лучшим в мире инженерам создать в  течение предстоящих 15 лет поражающие воображение микросхемы. Необходимые  затраты производят впечатление, но и они, видимо, не станут реальным препятствием. Представляя себе микропроцессоры 2012 г. с сотнями миллионов транзисторов, мы видим открывающийся новый  мир. Не будем использовать штампы типа «цифровая эра» или «эра информации», так как теперь это уже устаревшие термины. Но независимо от терминологии или времени перед нами всегда будет возникать вопрос: «Какие же еще препятствия встретятся на пути прогресса?»

Заключение

     ЭВМ получили широкое распространение, начиная с 50-х годов. Прежде это  были очень большие и дорогие  устройства, используемые лишь в государственных  учреждениях и крупных фирмах. Размеры и форма цифровых ЭВМ  неузнаваемо изменились в результате разработки новых устройств, называемых микропроцессорами.

     В данной работе объектом изучения послужили  микропроцессоры ПК. Были раскрыты основные понятия, используемые в выбранной  теме; дана классификация микропроцессоров и краткая характеристика их элементов; рассмотрена структура, основные характеристики, история развития микропроцессоров ПК, российские микропроцессоры, микропроцессоры настоящего и будущего.