100 лет радио - Мигулина В.В.
ISBN 5-256-01228-2
Скачать (прямая ссылка):
Так появился транзистор, сначала точечный, а потом и плоскостной, сначала германиевый, а затем и кремниевый. Уже первые образцы транзисторов, поставленные на длительные испытания, показали, что их надежность превосходит надежность электг ронных ламп, изготовленных для усилителей трансатлантического
Интегральная электроника
335
кабеля. В частности, фирма "Белл" построила имитатор морского боя, насчитывающий около 20 ООО точечных транзисторов. Быстрыми темпами начала развиваться "малопотребляющая" электроника, такая как аппараты для тугоухих, и средства вычислительной техники. Разработки первых ЭВМ на транзисторах относятся к 1956 г., а выпуск промышленных образцов — к 1958 — 1959 гг. Это была первая революция в электронике, произведенная транзистором. К этому времени уже появились математические языки высокого уровня, например Фортран и Алгол, а также первые интегральные схемы.
Идея интегральной схемы была предложена английским ученым Д.Даммлером в 1954 г., а ее реализация была осуществлена американскими учеными Дж.Килби и Р.Нойсом в 1959 г. (рис.1). Однако по-настоящему бурное развитие идей интегральной электроники связано с появлением планарной технологии на кремнии. Основой кремниевых ИС явились планарные биполярные транзисторы, а впоследствии полевые МДП- или МОП-транзисторы. Степень интеграции (число транзисторов на кристалле ИС, или, 'как его еще называют, на "чипе") начинает быстро возрастать. За первое десятилетие степень интеграции ежегодно удваивалась и возросла в 1000 раз. Во втором и третьем десятилетии темпы ее роста несколько снизились и составили оксйю 100 раз. Другими словами, степень интеграции за истекшие 30 с небольшим лет возросла более чем в миллион раз. Интегральные схемы микропроцессоров насчитывают сегодня около 2,0...2,5 млн. транзисторов, тогда как схемы ДОЗУ на 4М — около 10 млн. Подсчитано, что на каждого жителя нашей планеты в ИС ежегодно выпускается около 250000 транзисторов, и это при их практически неограниченном сроке службы. В результате стоимость одного бита памяти, равная в 1989 г. около 0,2...0,4 цента, составляет сегодня менее 10~3 цента, т.е. снизилась более чем в 300 раз.
При этом надежность кристалла средней по уровню интеграции ИС (порядка 50000 транзисторов на кристалле) характеризуется, по данным американской статистики, интенсивностью отказов в 10~7 ч"1, что практически совпадает с интенсивностью отказов паяного соединения, например в месте установки корпуса ИМС на плату. Можно сказать, что интегральная электроника, особенно в динамике ее развития, — это вторая революция в электронике, совершенная транзистором.
Цифровая техника и электроника
Названные темпы развития интегральной электроники практически полностью относятся к цифровой технике, которая давно уже не является средством решения чисто вычислительных задач. Усложнение функций, связанных с передачей и особенно с накоп-
336
Я. А. Федотов
лением и обработкой информации, т.е. интеграция функций внутри той или иной радиоэлектронной систем, — постоянная тенденция развития электронной аппаратуры и решается главным образом за счет устройств цифровой техники.
Заложенные еще Лейбницем и Дж.Булем и развитые в работах Шеннона и Винера принципы работы электронных устройств в двоичном коде на базе простейших элементарных логических функций булевой алгебры широко используются сегодня не только в автоматике и приборостроении, но и в радиотехнике. Достаточно вспомнить об анализе спектра сигналов с помощью Фурье-преобра-
Рис 1. Варианты конструктивного оформления современных интегральных микросхем
Интегральная электроника
337
зований, о системах формирования луча и управления его сканированием в устройствах с фазированными антенными решетками, о цифровых системах связи, радиовещания и телевидения и о многих других вариантах использования цифровых электронных устройств.
Наряду с микропроцессорной техникой быстро развиваются цифровые процессоры сигналов (ЦПС) — приборы, где цифровая техника наиболее тесно взаимодействует с аналоговой. В качестве примера здесь можно привести технику обработки сигналов изображений. Современные ЦПС имеют свыше 1 млн.транзисторов на кристалле и характеризуются производительностью в несколько десятков миллионов операций в секунду.
Итак, радиотехнические и электронные системы идут в своем развитии по пути повышения степени функциональной интеграции, что достигается за счет увеличения в системе числа ячеек, выполняющих логические функции или функции хранения информации, — логических элементов и ячеек памяти.
Можно предположить, что в принципе нет разницы, будут ли все логические ячейки или все ячейки памяти выполнены на одном полупроводниковом кристалле и помещены в один корпус, или же они будут рассредоточены между десятками или даже согнями кристаллов и корпусов. Действительно, ^мрссогабаритные показатели собственно прибора далеко не всегда являются здесь основополагающими. Чаще всего масса и габариты определяются дисплеем, клавиатурой, принтером. Откуда же тогда постоянное стремление к повышению степени интеграции используемых ИС? Откуда желание свести число используемых ИС к минимуму за счет повышения степени интеграции?
