• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Zintegrowane obwody krzemowe - technologia bez granic

    27.01.2012. 16:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    W naszym wieku magii krzemowej technologia produkcji mikroukładów scalonych rozwija się coraz szybciej. Już w chwili rozpakowywania właśnie zakupionego nowoczesnego laptopa lub cyfrowego aparatu fotograficznego technologia użyta do ich produkcji jest przestarzała. Ale właśnie znaleziono rozwiązanie dla tego problemu. Naukowcy pracujący nad projektem PICMOS, finansowanym ze środków UE kwotą 2,5 miliona euro, opracowali nową metodę produkcji i łączenia mikrolaserów półprzewodnikowych z falowodami krzemowymi, dzięki czemu uzyskiwane są nowe, wydajne i niezwykle silne połączenia optyczne.

    W tradycyjnych zintegrowanych obwodach ich obszary łączone są cieniutkimi włóknami miedzianymi, których zakres zastosowania jest ograniczony, ponieważ zmniejszają one szybkość przetwarzania mikroprocesorów. Od chwili narodzin mikroukładów scalonych nieprzerwanie trwa ich miniaturyzacja, a jednocześnie liczba tranzystorów włączonych w zintegrowany obwód ulega podwojeniu średnio co dwa lata.

    Mikroukłady scalone oparte na waflach krzemowych już osiągają granice swych możliwości, ponieważ właściwości fizyczne zintegrowanych obwodów krzemowych na pograniczu nanoskali zakłócają ich funkcjonowanie. Szybkość przepływu danych w obwodach zintegrowanych maleje, gdyż dane są obecnie przesyłane w postaci elektronów za pośrednictwem drutów miedzianych, nazywanych interkonektami miedzianymi.

    - Interkonekty z drutu miedzianego znacznie ograniczają możliwości krzemowych obwodów zintegrowanych - mówi w rozmowie z serwisem ICT Results Dries Van Thourhout z Grupy Badań Fotonicznych Uniwersytetu w Gandawie oraz belgijskiego centrum badań w dziedzinie mikro- i nanoelektroniki IMEC.

    - Szybka i odpowiednio efektywna pod względem mocy transmisja danych przez te interkonekty nie jest łatwa. Wiąże się to szerokością fali i miedź nie poradzi sobie w warunkach przetwarzania, jakie gwarantują przyszłe układy scalone.

    Łącza optyczne byłyby dużo lepsze od miedzianych, ponieważ do przesyłu danych wykorzystywane jest w nich światło, a nie elektrony. Byłyby też potencjalnie dużo bardziej wydajne, przy takim samym lub nawet mniejszym zużyciu energii. Zamiast przepływać po drucie miedzianym, dane wędrują po falowodach wykonanych z krzemu, a nie szkła.

    - Wiele badań potwierdziło już, że w krzemie można trawić falowody dla fotonów - mówi dr Van Thourhout. - To idealne rozwiązanie ponieważ wykorzystywane są takie same materiały i technologie produkcji jak w przypadku obwodów zintegrowanych. Lecz jest jeden spory problem: wyciągnięcie światła z krzemu jest bardzo trudne.

    Część badań związanych z projektem poświęcona była opracowaniu laserów wykorzystujących fosforan indu, wytrawionych w szczelinie o średnicy zaledwie 7 ľm, umożliwiającej umieszczenie kilku tysięcy takich laserów w mikroukładzie krzemowym o wymiarach 2 x 2 cm. Mogą one być wykorzystywane na wiele sposobów, na przykład w zminiaturyzowanych czujnikach optycznych - detektorach naprężeń. Albo w niedrogich, lecz mających dużą moc bioczujnikach optycznych.

    W chwili obecnej koszt wytworzenia takich laserów jest zbyt wysoki by możliwa była ich masowa produkcja, choć wyniki badań są zachęcające. Prace realizowane w ramach PICMOS będą kontynuowane przez partnerów jego następcy - projektu WADIMOS, który również otrzymał środki unijne.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) – technologia produkcji tranzystorów polowych z izolowaną bramką i obwodów układów scalonych. Jest to aktualnie podstawowa technologia produkcji większości układów scalonych stosowanych w komputerach i stanowi element technologii CMOS. Miniaturyzacja to występujący w technologii ciągły trend w kierunku zmniejszania rozmiarów urządzeń mechanicznych, optycznych i elektronicznych przy zachowaniu ich pełnej użyteczności. Jest on szczególnie widoczny w elektronice, gdzie wielkość i liczba elementów ma największy wpływ na wielkość i cenę produktu. W efekcie miniaturyzacja układów elektronicznych doprowadziła do rozwoju scalonych układów półprzewodnikowych. Układy te mogą zawierać wiele milionów elementów elektronicznych w jednej obudowie. Przykłady wysoko zminiaturyzowanych układów scalonych to m.in: CMP (ang. chip-level multiprocessing) to określenie konstrukcji mikroprocesorów, składających się z dwóch lub większej liczby układów scalonych, umieszczanych na jednej płytce krzemowej. Tego typu rozwiązania mają możliwość efektywnego zwiększenia wydajności serwerów bez konieczności angażowania kilku odrębnych procesorów jak to ma miejsce w tradycyjnych rozwiązaniach, aczkolwiek technologia ta jest dopiero na etapie wdrażania i obecnie można ją spotkać głównie w pilotażowych rozwiązaniach (największe problemy stwarza utworzenie efektywnego systemu przepływu danych w elementach półprzewodnikowych). W przyszłości komputery oparte na systemach CMP znajdą prawdopodobnie zastosowanie głównie w rozwiązaniach wymagających bardzo dużej wydajności i szczególnie wysokiej dostępności, np. w superserwerach do analizy danych sejsmicznych, komputerach wykorzystywanych do analizy genów czy zaawansowanych symulatorach graficznych. Przykładem procesorów zbudowanych w oparciu o technologię CMP mogą być jednostki Sun MAJC-5200 i IBM Power4. Dzisiaj możemy spotkać w popularnych Pentium Dual-Core, Core 2 Duo, Core 2 Quad, AMD z serii X2, X3, X4 itp.

    UDMA (Ultra-DMA Ultra-Direct Memory Access, zwane również ATA/ATAPI, PATA) - standard interfejsu transferu danych między pamięcią RAM a dyskami twardymi, w którym wykorzystywane jest równoległe przesyłanie danych. Ze względu na ograniczenia technologiczne, nie jest już dalej rozwijany, został zastąpiony przez SATA. GSM 400 – standard GSM w którym transmisja mowy i danych może odbywać się w paśmie częstotliwości 450,4 – 467,6 MHz lub 478,8 – 496 MHz. Jest on dobrym rozwiązaniem dla operatorów posiadających sieci analogowe NMT 450, ponieważ są już posiadaczami prawa do używania wykorzystywanych przez ten system częstotliwości, a podczas migracji pomiędzy systemami oba rodzaje sieci mogą działać razem. Jest też technologią, którą można zastosować do pokrycia dużych niezamieszkanych obszarów. Pierwsze działające rozwiązanie zaprezentowały firmy Nokia i Ericsson w roku 1999 w Budapeszcie na konferencji poświęconej temu standardowi. Obecnie jedną z nielicznych sieci GSM pracujących w tym standardzie jest sieć Celtel należąca do tanzańskiego operatora Celtel Tanzania.

    Database Publishing – metoda zautomatyzowanej produkcji publikacji wykorzystująca wyspecjalizowane techniki do generowania wielostronicowych dokumentów z danych źródłowych zawartych w tradycyjnych bazach danych. Zawartość takich baz mogą stanowić zarówno teksty, jak i obrazki, ale w jej skład mogą wchodzić również metadane związane z zasadami formatowania generowanych dokumentów. Typowymi przykładami dokumentów generowanych w ten sposób są katalogi, raporty, cenniki, materiały na potrzeby marketingu bezpośredniego, czy nawet książki telefoniczne. Podstawową ideą Database Publishingu jest użycie zawartości bazy danych w celu wypełnienia wstępnie sformatowanych szablonów dokumentów. Są one zwykle tworzone w układzie, w którym pewne obszary lub teksty oznacza się jako pola zastępcze. Następnie kierowana jest do nich docelowa zawartość pochodząca ze źródła danych. Pozwala to na szybką generację finalnej publikacji, a w przypadku zmian w bazie danych, na sprawną jej aktualizację za pomocą zautomatyzowanego procesu. Kolejny model zastosowania Database Publishing można znaleźć w wielu rozwiązaniach typu Web-to-Print, w których użytkownicy przeglądają szablony umieszczone w katalogu online (np. wizytówki, broszury itp.), personalizują wybrany szablon poprzez wypełnienie formularza, a następnie odbierają gotowy do zastosowania materiał wyjściowy. Database Publishin jest silnie związany z metodą Dynamic Publishing. Informix – rodzina produktów Systemów Zarządzania Bazami Danych (SZBD) firmy IBM. Informix jest oferowany jako flagowy serwer dla przetwarzania transakcyjnego (OLTP) jak i rozwiązań zintegrowanych. IBM nabył technologię Informix w 2001 od Informix Software.

    Sybase IQ to rozwiązanie firmy Sybase z obszaru Business Intelligence. Sybase IQ to serwer analityczny, który został zoptymalizowany do obsługi hurtowni danych i aplikacji wspierających podejmowanie decyzji. Przeznaczony jest do wydajnej analizy dużych ilości danych. Zawiera opatentowaną technologię Vertical Partitioning. Jest to kolumnowa baza danych (CODB). Dane przechowywane są kolumnami (każda kolumna oddzielnie), a nie wierszami (rekordami) jak to ma miejsce w konwencjonalnych bazach danych. Przyczynia się to do bardzo szybkiej obsługi złożonych, nieplanowanych zapytań. Sybase IQ nie wymaga czasochłonnego i kosztownego dostrajania, aby utrzymać wysoką wydajność przetwarzania zapytań. Circuit Switched Data (CSD), (pol. transmisja danych z wykorzystaniem komutacji łączy) - technologia, dzięki której możliwe jest przesyłanie w sieci GSM danych z prędkością 9.6 kb/s (od i do użytkownika).

    Lutowanie – metoda trwałego łączenia elementów metalowych za pomocą metalowego spoiwa zwanego lutem o temperaturze topnienia niższej niż temperatura topnienia łączonych elementów. Proces lutowania należy prowadzić w temperaturze wyższej od temperatury topnienia lutu, lecz nie wyższej od temperatury topnienia łączonych elementów. Dzięki temu lut topi się, a łączone elementy pozostają cały czas w stanie stałym. Istotne jest, aby zarówno lut, jak i elementy lutowane, osiągnęły temperaturę lutowania (wyższą od temperatury topnienia lutu), w przeciwnym przypadku mogą powstać wadliwe złącza zwane zimnymi lutami lub zimnymi stykami, o niezadowalających właściwościach użytkowych. Podstawową różnicą między lutowaniem a spawaniem jest to, że w przypadku spawania temperatura procesu jest tak wysoka, aby stopić i materiał dodatkowy, i brzegi elementów spawanych.

    Chemia powierzchni – interdyscyplinarny dział z pogranicza chemii i fizyki, który bada zjawiska fizykochemiczne zachodzące na granicy faz ciała stałego, cieczy oraz gazów. Wyniki tych badań znajdują szereg zastosowań, stanowiąc bazę teoretyczną dla katalizy heterogenicznej, produkcji układów scalonych na powierzchni płytek krzemowych, ogniw paliwowych, opracowywanie środków powierzchniowo czynnych (farb, lakierów, klejów), ma też kluczowe znaczenie przy zapobieganiu korozji. Chemia powierzchni jest także silnie powiązana z badaniami materiałowymi.

    Hypermemory to technologia wykorzystywana w najtańszych kartach graficznych PCI Express 16x. Technologia stworzona jest przez firmę ATI Technologies, dzięki której jako pamięć karty graficznej wykorzystywana jest pamięć RAM zainstalowana w komputerze. Jest to możliwe dzięki dużej szybkości przesyłania danych złącza PCI Express 16x. Technologią opartą na tej samej zasadzie co Hypermemory jest technologia TurboCache stosowana przez NVIDIA Corporation. CMOS (ang. Complementary MOS) – technologia wytwarzania układów scalonych, głównie cyfrowych, składających się z tranzystorów MOS o przeciwnym typie przewodnictwa i połączonych w taki sposób, że w ustalonym stanie logicznym przewodzi tylko jeden z nich. Dzięki temu układ statycznie nie pobiera żadnej mocy (pomijając niewielki prąd wyłączenia tranzystora), a prąd ze źródła zasilania płynie tylko w momencie przełączania – gdy przez bardzo krótką chwilę przewodzą jednocześnie oba tranzystory. Tracona w układach CMOS moc wzrasta wraz z częstotliwością przełączania, co wiąże się z przeładowywaniem wszystkich pojemności, szczególnie pojemności obciążających wyjścia.

    Zimny lut (lub "zimny styk") – nieprawidłowe złącze wykonane metodą lutowania. Powstaje, gdy lutowanie odbywa się przez stopienie lutownicą bezpośrednio lutu, a nie pośrednio poprzez łączone metale. Nie jest przez to spełniony podstawowy warunek lutowania, tzn. zarówno materiał łączony, jak i materiał dodatkowy (lut) muszą osiągnąć temperaturę przewyższającą temperaturę topnienia lutu. Połączenie takie ma charakter wyłącznie adhezyjny, bez udziału dyfuzji w głąb elementów lutowanych. W takich warunkach powstaje wadliwe złącze o bardzo słabych właściwościach użytkowych. W obwodach elektrycznych zimny lut charakteryzuje się wysoką rezystancją lub zupełną przerwą w obwodzie, co ułatwia jego zlokalizowanie, na jego powierzchni może wystąpić iskrzenie, co prowadzi do uszkodzenia elementów elektronicznych. Poza zastosowaniami elektronicznymi zimny lut może charakteryzować się np. małą wytrzymałością mechaniczną, brakiem szczelności, słabą odpornością na korozję.

    Dodano: 27.01.2012. 16:37  


    Najnowsze