Интегральные схемы

Что такое интегральные схемы?

Интегральные схемы — это электронные компоненты, содержащие большое количество цепей.

Часто сокращенно ИС — это электронная схема, в которой ряд электронных элементов с различными функциями собраны на одной полупроводниковой подложке и соединены друг с другом внутренней проводкой для выполнения определенной функции.

Схема состоит из нескольких элементов схемы и проводки, которая их соединяет.

Эти элементы схемы в основном представляют собой резисторы, конденсаторы и транзисторы. Объединяя все эти элементы и проводку в одну подложку (чип), уровень интеграции повышается.

Микросхемы используются во всех видах электротехнических изделий в мире, а миниатюризация микросхем позволила нам использовать компактные и удобные продукты, такие как смартфоны.

Среди ИС крупные ИС с числом элементов от 100 000 до 10 миллионов называются БИС (большая интегральная схема).

До появления интегральных схем каждый электронный элемент (резистор, диод, конденсатор, транзистор и т. д.) приходилось монтировать по отдельности на печатной плате и подключать с помощью внешней проводки.

Напротив, в популярных полупроводниковых схемах конденсаторы и резисторы (пассивные элементы), а также диоды и транзисторы (активные элементы) размещаются на монокристаллической кремниевой полупроводниковой подложке и соединяются друг с другом внутренней проводкой.

По сравнению с возрастом рудного радио, размер был уменьшен до менее чем 1/30 000 от его первоначального размера и менее чем 1/1 миллиардной его площади.

Как работают интегральные схемы

Интегральные схемы изготавливаются из полупроводников.

Полупроводник — это вещество, которое находится между проводником и изолятором и имеет свойство проводить небольшое количество электричества.

Существуют различные типы полупроводников, но в целом ИС изготавливаются из кремния.

Объединяя чистые кристаллы кремния со смесью примесных атомов, можно изготавливать транзисторы, в которых можно управлять потоком электричества (электронов).

Крупномасштабные комбинации этих транзисторов можно использовать для сборки логических схем, которые выполняют вычисления и обработку.

Резисторы, конденсаторы и проводку также можно изготавливать, обрабатывая кремний таким же образом.

В процессе производства сотни или тысячи интегральных схем выпекаются одновременно на кремниевых кристаллических дисках , называемых пластинами, с использованием оптического оборудования в чистом помещении, называемом чистой комнатой.

Затем они разделяются на отдельные части, к ним присоединяются провода для соединения с внешним миром, и упаковка завершается.

Типы интегральных схем

1. Типичные типы ИС

• ЦП
  ЦП — это мозг компьютера, отвечающий за управление и арифметические операции. Управляющая секция управляет порядком обработки и данными, которые необходимо обработать, а арифметическая секция обрабатывает данные.
• GPU
  GPU — это процессор, используемый для рисования на дисплее. Интегральные схемы для цветного отображения и т. д. часто используются в ИИ, поскольку эти схемы похожи на те, которые используются в нейронных сетях.
• FPGA
  FPGA — это микросхемы, которые позволяют пользователям свободно создавать собственные оригинальные схемы с помощью программирования. Интегральные схемы включают в себя множество логических схем, переключателей и памяти .
• SRAM
  SRAM используется как кэш благодаря своей высокой скорости работы. Кэш — это память, встроенная в процессор, которая хранит только часто используемые данные.
• DRAM
  DRAM используется в качестве основной памяти. Она хранит код запущенной программы, обрабатываемые данные и т. д.
• Флэш-память
  Флэш-память используется в качестве памяти для хранения данных, включая USB-память и SSD-накопители.

2. Базовый тип конструкции

• Полупроводниковые интегральные схемы
  Большое количество различных пассивных и активных элементов размещено на одной полупроводниковой подложке и соединено внутренней проводкой.
• Мембранные интегральные схемы
  Пассивные элементы, такие как резисторы и конденсаторы в виде пленки, встроены в изолирующую подложку и соединены внутренней проводкой. Интегральные схемы классифицируются на тонкопленочные интегральные схемы и толстопленочные интегральные схемы в зависимости от толщины пленки элемента.
• Смешанные интегральные схемы
  Также называемые гибридными ИС, эти схемы включают дополнительные активные элементы, такие как диоды и транзисторы в пленочных интегральных схемах и соединяют их с внешней проводкой. Интегральные схемы также можно разделить на кремниевые ИС и составные ИС на основе материала подложки.

Типы ролей

• Микросхема памяти.
  Полупроводник, способный хранить различную информацию и извлекать ее при необходимости. (DRAM, SRAM и т. д.)
• Микрокомпьютерная ИС
  Являясь центральным процессором (ЦП) компьютера, она управляет периферийными устройствами, такими как устройства ввода/вывода.
• ASIC
  Специализированная ИС для конкретного приложения. Бывают случаи, когда они разрабатываются с нуля для каждого отдельного приложения или изменяются только схемы электропроводки, что имеет недостатки в виде высокой стоимости и длительного времени доставки.
• Системная БИС
  ИС, содержащая ЦП, память, логику, периферийные схемы и т. д. на одном кристалле.