최초의 마이크로회로의 역사. 국내 전자부품기지(ECB)의 역사

반도체 그해에는 기술 개발이 부족하여 이러한 제안을 구현할 수 없었습니다.

1958년 말과 1959년 상반기, 반도체 산업에 획기적인 변화가 일어났습니다. 세 명의 미국 민간 기업을 대표하는 세 사람이 집적 회로 개발을 방해하는 세 가지 근본적인 문제를 해결했습니다. 잭 킬비 출신 텍사스 인스트루먼트결합 원리에 대한 특허를 취득하고 최초의 불완전한 IP 프로토타입을 만들어 대량 생산에 도입했습니다. 커트 레고베츠 스프래그 일렉트릭 컴퍼니(Sprague Electric Company)단일 반도체 칩에 형성된 부품을 전기적으로 절연하는 방법(p-n 접합 절연)을 발명했습니다. P-n 접합 절연)). 로버트 노이스 페어차일드 반도체 IC 부품을 전기적으로 연결하는 방법(알루미늄 금속화)을 개발하고 Jean Herni의 최신 평면 기술을 기반으로 부품 절연의 개선된 버전을 제안했습니다. 장 회르니). 1960년 9월 27일 제이 라스트(Jay Last)의 밴드 Jay 마지막) 에 만든 페어차일드 반도체첫 번째 일하는 사람 반도체 Noyce와 Ernie의 아이디어를 기반으로 한 IP입니다. 텍사스 인스트루먼트 Kilby의 발명품에 대한 특허를 소유한 는 경쟁사와의 특허 전쟁을 시작했으며 1966년 교차 라이센스 기술에 대한 글로벌 합의로 끝났습니다.

언급된 시리즈의 초기 논리 IC는 말 그대로 다음과 같이 제작되었습니다. 기준기술 프로세스에 따라 크기와 구성이 지정된 구성 요소. 특정 제품군의 논리 IC를 설계한 회로 설계자는 동일한 표준 다이오드 및 트랜지스터를 사용하여 작동했습니다. 1961~1962년 디자인 패러다임을 깨뜨린 선두 개발자 실바니아톰 롱고(Tom Longo), 처음으로 하나의 IC에 다양한 IC를 사용 회로에서의 기능에 따른 트랜지스터 구성. 1962년말 실바니아 Longo가 개발한 최초의 트랜지스터-트랜지스터 로직(TTL) 제품군을 출시했습니다. 이는 역사적으로 오랫동안 시장에서 입지를 다져온 최초의 통합 로직 유형입니다. 아날로그 회로에서 이 수준의 획기적인 발전은 1964-1965년에 연산 증폭기 개발자에 의해 이루어졌습니다. 페어차일드 Bob Vidlar.

국내 최초의 초소형 회로는 1961년 L. N. Kolesov의 지도력 하에 TRTI(Taganrog Radio Engineering Institute)에서 제작되었습니다. 이 행사는 국내 과학계의 주목을 끌었으며, TRTI는 신뢰성이 높은 마이크로 전자 장비 제작 및 생산 자동화 문제에 관해 고등교육부 시스템의 리더로 승인되었습니다. L.N. Kolesov 자신이 이 문제에 대한 조정위원회 의장으로 임명되었습니다.

소련 최초의 하이브리드 후막 집적 회로(시리즈 201 "Trail")는 1963~65년에 정밀 기술 연구소("Angstrem")에서 개발되어 1965년부터 대량 생산되었습니다. NIEM(현 Argon Scientific Research Institute)의 전문가들이 개발에 참여했습니다.

소련 최초의 반도체 집적 회로는 나중에 NIIME(Mikron)으로 이전된 팀에 의해 1960년 초 NII-35(당시 Pulsar 연구소로 이름 변경)에서 개발된 평면 기술을 기반으로 만들어졌습니다. 국내 최초의 실리콘 집적 회로 생성은 TS-100 시리즈 집적 실리콘 회로(37개 요소 - 미국 아날로그인 플립플롭의 회로 복잡성과 동일)를 군사적으로 수용하여 개발 및 생산에 집중되었습니다. IC 시리즈 SN-51개사 텍사스 인스트루먼트). 재생산용 실리콘 집적회로의 프로토타입 샘플과 생산 샘플은 미국에서 입수했습니다. 이 작업은 탄도 미사일 유도 시스템용 자동 고도계에 사용하기 위한 국방 명령에 따라 NII-35(이사 Trutko) 및 Fryazino 반도체 공장(이사 Kolmogorov)에서 수행되었습니다. 개발에는 TS-100 시리즈의 6개 표준 통합 실리콘 평면 회로가 포함되었으며, 파일럿 생산 조직을 통해 NII-35(1962년부터 1965년까지)에서 3년이 걸렸습니다. Fryazino(1967)에서 군용으로 공장 생산을 개발하는 데 2년이 더 걸렸습니다.

동시에 Voronezh Semiconductor Devices Plant(현재 -)의 중앙 설계국에서 집적 회로 개발 작업이 수행되었습니다. 1965년 전자 산업부 장관 A.I. Shokin이 VZPP를 방문하는 동안 공장은 실리콘 모놀리식 회로 생성에 대한 연구 작업인 R&D "Titan"(8월 16일 부칙 No. 92)을 수행하라는 지시를 받았습니다. 1965), 예정보다 빨리 완공되어 연말까지 완료되었습니다. 이 주제는 주 위원회에 성공적으로 제출되었으며 일련의 104개의 다이오드-트랜지스터 논리 마이크로 회로가 고체 마이크로 전자 공학 분야에서 최초의 고정 성과가 되었으며 이는 1965년 12월 30일자 MEP 명령 번호 403에 반영되었습니다.

디자인 수준

현재(2014년) 대부분의 집적 회로는 특수 CAD 시스템을 사용하여 설계되어 토폴로지 포토마스크 획득과 같은 생산 프로세스를 자동화하고 속도를 크게 높일 수 있습니다.

분류

통합 정도

통합 정도에 따라 다음과 같은 집적 회로 이름이 사용됩니다.

소형 집적 회로(MIS) - 칩당 최대 100개 요소
중형 집적 회로(SIS) - 칩당 최대 1000개 요소,
LSI(대형 집적 회로) - 칩당 최대 10,000개 요소
초대형 집적 회로(VLSI) - 크리스탈에 10,000개 이상의 요소가 있습니다.

이전에는 이제 오래된 이름도 사용되었습니다. 초대형 집적 회로(ULSI) - 크리스탈의 100만~1000만 개에서 10억 개 요소, 때로는 GBIC(기가대규모 집적 회로) - 1개 이상 결정에 10억 개의 원소가 들어있습니다. 현재 2010년대에는 'UBIS', 'GBIS'라는 명칭은 사실상 사용되지 않으며, 1만개 이상의 요소를 가진 모든 초소형 회로는 VLSI로 분류된다.

제조기술

반도체 칩 - 모든 요소와 요소 간 연결은 하나의 반도체 결정(예: 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소, 하프늄 산화물)에서 이루어집니다.

필름 집적 회로 - 모든 요소와 요소 간 연결은 필름 형태로 이루어집니다.
- 후막 집적 회로;
- 박막 집적 회로.
하이브리드 칩(종종 마이크로어셈블리)에는 여러 개의 다이오드, 트랜지스터 및/또는 기타 전자 활성 구성 요소가 포함되어 있습니다. 마이크로어셈블리는 또한 패키징되지 않은 집적 회로를 포함할 수 있습니다. 패시브 마이크로어셈블리 부품(저항기, 커패시터, 인덕터)은 일반적으로 하이브리드 칩의 일반적인 세라믹 기판에 박막 또는 후막 기술을 사용하여 제조됩니다. 구성 요소가 포함된 전체 기판이 단일 밀봉 하우징에 배치됩니다.
혼합 미세 회로 - 반도체 결정 외에도 결정 표면에 박막(후막) 수동 소자가 포함되어 있습니다.

처리된 신호 유형

제조 기술

논리의 종류

아날로그 마이크로 회로의 주요 요소는 트랜지스터(바이폴라 또는 전계 효과)입니다. 트랜지스터 제조 기술의 차이는 미세회로의 특성에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 제조 기술은 종종 마이크로 회로 설명에 표시되어 마이크로 회로의 특성과 기능의 일반적인 특성을 강조합니다. 현대 기술은 양극성 및 전계 효과 트랜지스터 기술을 결합하여 미세 회로의 성능을 향상시킵니다.

단극(전계 효과) 트랜지스터를 기반으로 한 미세 회로는 전류 소비 측면에서 가장 경제적입니다.
- MOS 논리(금속 산화물 반도체 논리) - 미세 회로는 전계 효과 트랜지스터로 형성됩니다. N-MOS 또는 피-MOS 유형;
- CMOS 로직(상보형 MOS 로직) - 마이크로 회로의 각 논리 요소는 한 쌍의 상보형(상보형) 전계 효과 트랜지스터로 구성됩니다( N-MOS 및 피-대걸레).
바이폴라 트랜지스터 기반 미세회로:
- RTL - 저항-트랜지스터 로직(구식, TTL로 대체됨)
- DTL - 다이오드-트랜지스터 로직(구식, TTL로 대체됨)
- TTL - 트랜지스터-트랜지스터 논리 - 마이크로 회로는 입력에 다중 이미터 트랜지스터가 있는 바이폴라 트랜지스터로 구성됩니다.
- TTLSh - 쇼트키 다이오드를 사용한 트랜지스터-트랜지스터 로직 - 쇼트키 효과가 있는 바이폴라 트랜지스터를 사용하는 향상된 TTL입니다.
- ECL - 이미터 결합 논리 - 바이폴라 트랜지스터의 작동 모드가 포화 모드에 들어가지 않도록 선택되어 성능이 크게 향상됩니다.
- IIL - 통합 주입 논리.
전계 효과 및 바이폴라 트랜지스터를 모두 사용하는 마이크로 회로:

동일한 유형의 트랜지스터를 사용하면 정적 또는 동적과 같은 다양한 방법론을 사용하여 칩을 만들 수 있습니다.

CMOS 및 TTL(TTLS) 기술은 가장 일반적인 로직 칩입니다. 소비 전류를 절약해야 하는 경우에는 CMOS 기술을 사용하고, 속도가 더 중요하고 전력 소비 절감이 필요하지 않은 경우에는 TTL 기술을 사용합니다. CMOS 마이크로 회로의 약점은 정전기에 대한 취약성입니다. 손으로 마이크로 회로의 출력을 만지면 무결성이 더 이상 보장되지 않습니다. TTL 및 CMOS 기술의 발전으로 미세 회로의 매개 변수가 점점 가까워지고 있으며 그 결과 예를 들어 1564 시리즈 미세 회로는 CMOS 기술을 사용하여 만들어지며 케이스의 기능과 배치는 TTL 기술과 유사합니다.

ESL 기술을 사용하여 제조된 초소형 회로는 가장 빠르지만 에너지 소모가 가장 크며 계산 속도가 가장 중요한 매개변수인 경우 컴퓨터 장비 생산에 사용되었습니다. 소련에서는 ES106x 유형의 가장 생산적인 컴퓨터가 ESL 마이크로 회로로 제조되었습니다. 요즘에는 이 기술이 거의 사용되지 않습니다.

기술적 과정

미세회로의 제조에는 다이아몬드 디스크로 실리콘 단결정을 얇은 웨이퍼로 절단하여 얻은 기판(보통 실리콘) 위에 회로를 형성하는 포토리소그래피(돌출, 접촉 등) 방법이 사용됩니다. 초소형 회로 요소의 선형 치수가 작기 때문에 가시광선과 근자외선을 조명용으로 사용하는 것은 포기되었습니다.

다음 프로세서는 UV 방사선(ArF 엑시머 레이저, 파장 193 nm)을 사용하여 제작되었습니다. 평균적으로 업계 리더들은 ITRS 계획에 따라 2년마다 새로운 기술 프로세스를 도입하여 단위 면적당 트랜지스터 수를 두 배로 늘렸습니다. 45nm(2007), 32nm(2009), 22nm(2011), 14nm 생산 시작 2014년에는 10나노 공정 개발이 2018년쯤으로 예상된다.

2015년에는 새로운 기술 프로세스의 도입이 둔화될 것이라는 추정이 있었습니다.

품질 관리

집적 회로의 품질을 제어하기 위해 소위 테스트 구조가 널리 사용됩니다.

목적

집적 회로는 아무리 복잡하더라도 전체 마이크로컴퓨터(단일 칩 마이크로컴퓨터)까지 완벽한 기능을 가질 수 있습니다.

아날로그 회로

필터(압전 효과 포함).
비슷한 물건 승수.
아날로그 감쇠기 및 가변 증폭기.
전원 공급 장치 안정기: 전압 및 전류 안정기.
스위칭 전원 공급 장치 제어 마이크로 회로.
신호 변환기.
동기화 회로.
다양한 센서(예: 온도)

디지털 회로

버퍼 변환기
(마이크로)프로세서(컴퓨터용 CPU 포함)
칩 및 메모리 모듈
FPGA(프로그래밍 가능 논리 집적 회로)

디지털 집적 회로는 아날로그 집적 회로에 비해 여러 가지 장점이 있습니다.

전력 소비 감소디지털 전자 장치의 펄스 전기 신호 사용과 관련이 있습니다. 이러한 신호를 수신하고 변환할 때 전자 장치(트랜지스터)의 활성 요소는 "키" 모드에서 작동합니다. 즉, 트랜지스터는 "열림"(하이 레벨 신호(1)에 해당) 또는 "닫힘"입니다. " - (0), 첫 번째 경우에는 트랜지스터에 전압 강하가 없으며 두 번째 경우에는 전류가 흐르지 않습니다. 두 경우 모두 트랜지스터가 중간(활성) 상태에 있는 아날로그 장치와 달리 전력 소비는 0에 가깝습니다.
높은 잡음 내성디지털 장치는 높은(예: 2.5-5V) 레벨 신호와 낮은(0-0.5V) 레벨 신호 사이의 큰 차이와 관련이 있습니다. 높은 수준이 낮은 수준으로 해석되고 그 반대의 경우도 마찬가지인 간섭 수준에서는 상태 오류가 발생할 수 있습니다. 또한 디지털 장치에서는 오류를 수정할 수 있는 특수 코드를 사용할 수도 있습니다.
높은 수준과 낮은 수준의 신호 상태(논리적 "0" 및 "1") 수준의 큰 차이와 허용 가능한 변경 범위가 상당히 넓기 때문에 디지털 기술은 통합 기술에서 요소 매개변수의 불가피한 분산에 둔감해집니다. 디지털 장치에서 구성 요소를 선택하고 조정 요소를 구성해야 할 필요성.

아날로그-디지털 회로

디지털-아날로그(DAC) 및 아날로그-디지털 변환기(ADC);
트랜시버(예: 인터페이스 변환기 이더넷);
변조기 및 복조기;
- 라디오 모뎀
- 텔레텍스트, VHF 라디오 텍스트 디코더
- 고속 이더넷 및 광 트랜시버
- 전화 접속모뎀
- 디지털 TV 수신기
- 광학 마우스 센서
전자 장치용 전원 공급 미세 회로 - 안정기, 전압 변환기, 전원 스위치 등;
디지털 감쇠기;
위상 고정 루프(PLL) 회로;
클록 동기화 생성기 및 주파수 복원기;
기본 매트릭스 크리스탈(BMC): 아날로그 및 디지털 회로를 모두 포함합니다.

칩 시리즈

아날로그 및 디지털 미세 회로는 직렬로 생산됩니다. 시리즈는 단일 설계 및 기술 설계를 가지며 공동 사용을 목적으로 하는 미세 회로 그룹입니다. 동일한 시리즈의 마이크로 회로는 일반적으로 동일한 전원 전압을 가지며 입력 및 출력 저항과 신호 레벨이 일치합니다.

하우징

특정 이름

법적 보호

러시아 법률은 집적 회로 토폴로지에 대한 법적 보호를 제공합니다. 집적 회로의 토폴로지는 집적 회로 요소 집합의 공간적 기하학적 배열과 물질적 매체에 기록된 요소 간의 연결입니다(1448조).

하우징

마이크로회로는 패키지형과 케이스형의 두 가지 설계 옵션으로 제공됩니다.

마이크로 회로 하우징은 외부 영향으로부터 보호하고 핀을 통한 외부 회로와의 전기적 연결을 위해 설계된 지지 시스템이자 구조의 일부입니다. 완제품 제조 기술을 단순화하기 위해 케이스를 표준화했습니다.

패키지 없는 마이크로 회로는 하이브리드 마이크로 회로 또는 마이크로 어셈블리에 설치하기 위한 반도체 크리스탈입니다(인쇄 회로 기판에 직접 장착 가능).

특정 이름

Intel은 마이크로프로세서(영어 마이크로프로세서)의 기능을 수행하는 칩인 Intel 4004를 최초로 생산했습니다. 향상된 마이크로프로세서 8088 및 8086을 기반으로 IBM은 유명한 개인용 컴퓨터를 출시했습니다.

마이크로프로세서는 컴퓨터의 핵심을 이루며, 주변기기와의 통신 등 부가 기능은 특별히 설계된 칩셋(칩셋)을 사용해 수행됐다. 최초의 컴퓨터의 경우 세트의 미세 회로 수는 수십, 수백 개였지만 현대 시스템에서는 1개, 2개 또는 3개의 미세 회로 세트입니다. 최근에는 점차적으로 칩셋 기능(메모리 컨트롤러, PSI Express 버스 컨트롤러)을 프로세서로 옮기는 경향이 있습니다.

RAM과 ROM, 메모리, I/O 컨트롤러, 기타 추가 기능이 내장된 마이크로프로세서를 마이크로컨트롤러라고 합니다.

법적 보호

러시아 법률은 집적 회로 토폴로지에 대한 법적 보호를 제공합니다. 집적 회로의 토폴로지는 집적 회로 요소 집합의 공간적 기하학적 배열과 물질 매체에 기록된 요소 간의 연결입니다(러시아 연방 민법 제1448조).

토폴로지에 대한 독점권은 10년 동안 유효합니다. 이 기간 동안 저작권 보유자는 자신의 재량에 따라 연방 지적 재산권, 특허 및 상표 서비스에 토폴로지를 등록할 수 있습니다.

창조의 역사

1952년 5월 7일 영국의 라디오 엔지니어인 Geoffrey Dummer는 여러 표준 전자 부품을 모놀리식 반도체 칩에 통합하는 아이디어를 처음으로 제안했으며, 1년 후 Harwick Johnson은 프로토타입 집적 회로(IC)에 대한 최초의 특허 출원을 제출했습니다. . 그해에는 기술 개발이 부족하여 이러한 제안을 구현할 수 없었습니다.

1958년 말과 1959년 상반기, 반도체 산업에 획기적인 변화가 일어났습니다. 세 명의 미국 민간 기업을 대표하는 세 사람이 집적 회로 개발을 방해하는 세 가지 근본적인 문제를 해결했습니다. Texas Instruments의 Jack Kilby는 통합 원리에 대한 특허를 취득하고 최초의 불완전한 IC 프로토타입을 제작하여 대량 생산에 이르렀습니다. Sprague Electric Company의 Kurt Legowec은 단일 반도체 칩(p-n 접합 절연)에 형성된 구성 요소를 전기적으로 분리하는 방법을 발명했습니다. Fairchild Semiconductor의 Robert Noyce는 IC 부품을 전기적으로 상호 연결하는 방법(알루미늄 금속화)을 발명하고 Jean Erny의 최신 평면 기술을 기반으로 부품 절연의 개선된 버전을 제안했습니다. 1960년 9월 27일 Jay Last의 그룹은 최초의 실행 가능한 장치를 만들었습니다. 반도체 Noyce와 Ernie의 아이디어를 기반으로 한 IP입니다. Kilby의 발명품에 대한 특허를 소유한 Texas Instruments는 경쟁사와 특허 전쟁을 시작했으며 1966년 교차 라이센스 기술에 대한 합의로 끝났습니다.

언급된 시리즈의 초기 논리 IC는 말 그대로 다음과 같이 제작되었습니다. 기준기술 프로세스에 따라 크기와 구성이 지정된 구성 요소. 특정 제품군의 논리 IC를 설계한 회로 설계자는 동일한 표준 다이오드 및 트랜지스터를 사용하여 작동했습니다. 1961~1962년에는 실바니아의 선도적인 개발자인 톰 롱고(Tom Longo)가 최초로 단일 IC에 이를 사용하여 설계 패러다임을 깨뜨렸습니다. 다양한회로에서의 기능에 따른 트랜지스터 구성. 1962년 말에 Sylvania는 Longo가 개발한 최초의 트랜지스터-트랜지스터 로직(TTL) 제품군을 출시했습니다. 이는 역사적으로 시장에서 장기적인 발판을 마련한 최초의 통합 로직 유형이었습니다. 아날로그 회로에서 이 수준의 획기적인 발전은 1964~1965년에 Fairchild 연산 증폭기 설계자 Bob Widlar에 의해 이루어졌습니다.

소련 최초의 반도체 집적 회로는 나중에 NIIME(Mikron)으로 이전된 팀에 의해 1960년 초 NII-35(당시 Pulsar 연구소로 이름 변경)에서 개발된 평면 기술을 기반으로 만들어졌습니다. 국내 최초의 실리콘 집적 회로 제작은 TC-100 시리즈 집적 실리콘 회로(37개 요소 - 미국 아날로그인 플립플롭의 회로 복잡성과 동일)의 군사적 수용을 통해 개발 및 생산에 집중되었습니다. Texas Instruments의 SN-51 시리즈 IC). 재생산용 실리콘 집적회로의 프로토타입 샘플과 생산 샘플은 미국에서 입수했습니다. 이 작업은 탄도 미사일 유도 시스템용 자율 고도계에 사용하기 위한 방어 명령을 위해 NII-35(이사 Trutko) 및 Fryazino 반도체 공장(이사 Kolmogorov)에서 수행되었습니다. 개발에는 TS-100 시리즈의 6개 표준 통합 실리콘 평면 회로가 포함되었으며, 파일럿 생산 조직을 통해 NII-35(1962년부터 1965년까지)에서 3년이 걸렸습니다. Fryazino(1967)에서 군용으로 공장 생산을 개발하는 데 2년이 더 걸렸습니다.

집적 회로(IC, 마이크로 회로), 칩, 마이크로 칩(영어 마이크로 칩, 실리콘 칩, 칩 - 얇은 판 - 원래는 마이크로 회로 결정판을 지칭하는 용어) - 마이크로 전자 장치 - 임의의 복잡성(결정)을 지닌 전자 회로, 제조됨 반도체 기판(웨이퍼 또는 필름) 위에 분리할 수 없는 하우징에 배치하거나 마이크로어셈블리에 포함된 경우 하우징 없이 배치합니다.

마이크로 전자 공학은 우리 시대의 가장 중요하고 많은 사람들이 믿는 것처럼 가장 중요한 과학적, 기술적 성과입니다. 16세기 인쇄의 발명, 18세기 증기기관의 탄생, 19세기 전기공학의 발전 등 기술사의 전환기에 비유할 수 있다. 그리고 오늘날 우리가 과학기술 혁명에 관해 이야기할 때 주로 마이크로전자공학을 의미합니다. 우리 시대의 다른 어떤 기술적 성취와도 달리, 이는 삶의 모든 영역에 스며들어 어제는 상상할 수 없었던 일을 현실로 만듭니다. 이를 확신하려면 소형 계산기, 소형 라디오, 가전 제품의 전자 제어 장치, 시계, 컴퓨터 및 프로그래밍 가능한 컴퓨터를 기억하는 것으로 충분합니다. 그리고 이것은 응용 분야의 일부일뿐입니다!

마이크로일렉트로닉스의 출현과 존재 자체는 새로운 초소형 전자 요소인 집적 회로의 탄생 덕분입니다. 실제로 이러한 회로의 출현은 근본적으로 새로운 발명이 아니었고 반도체 장치 개발 논리에서 직접적으로 따랐습니다. 처음에는 반도체 소자가 막 사용되기 시작했을 때 각 트랜지스터, 저항기 또는 다이오드를 별도로 사용했습니다. 즉, 개별 케이스에 넣어 개별 접점을 사용하여 회로에 포함했습니다. 이는 동일한 요소로 많은 유사한 회로를 조립해야 하는 경우에도 수행되었습니다.

점차적으로 이러한 장치를 개별 요소로 조립하지 않고 하나의 공통 크리스탈에서 즉시 제조하는 것이 더 합리적이라는 것을 이해하게 되었습니다. 특히 반도체 전자 장치가 이에 대한 모든 전제 조건을 만들었기 때문입니다. 실제로 모든 반도체 요소는 구조가 서로 매우 유사하고 작동 원리가 동일하며 p-n 영역의 상대적 위치만 다릅니다.

우리가 기억하는 것처럼 이러한 p-n 영역은 동일한 유형의 불순물을 반도체 결정의 표면층에 도입하여 생성됩니다. 또한, 수천분의 1밀리미터의 표면 작업층 두께로 대부분의 반도체 요소의 신뢰성 있고 모든 관점에서 만족스러운 작동이 보장됩니다. 가장 작은 트랜지스터는 일반적으로 두께의 1%에 불과한 반도체 칩의 최상층만 사용합니다. 나머지 99%는 캐리어 또는 기판 역할을 합니다. 기판이 없으면 트랜지스터는 조금만 건드려도 쉽게 무너질 수 있기 때문입니다. 결과적으로 개별 전자 부품 제조에 사용되는 기술을 사용하면 단일 칩에 수십, 수백, 심지어 수천 개의 이러한 부품으로 구성된 완전한 회로를 즉시 생성하는 것이 가능합니다.

이로 인한 이점은 엄청날 것입니다. 첫째, 비용은 즉시 감소합니다(초소형 회로의 비용은 일반적으로 구성 요소의 모든 전자 요소의 총 비용보다 수백 배 저렴합니다). 둘째, 이러한 장치는 훨씬 더 신뢰할 수 있으며 (경험에 따르면 수천, 수만 번) 수만 또는 수십만 개의 전자 부품으로 구성된 회로에서 결함을 찾는 것이 매우 중요합니다. 매우 복잡한 문제. 셋째, 집적 회로의 모든 전자 요소는 기존 회로의 전자 요소보다 수백, 수천 배 작기 때문에 에너지 소비는 훨씬 낮고 성능은 훨씬 높습니다.

전자 장치 통합의 도래를 예고한 주요 사건은 Texas Instruments의 미국 엔지니어 J. Kilby가 레지스터, 커패시터, 트랜지스터 및 다이오드와 같은 전체 회로에 대한 등가 요소를 순수 실리콘의 모놀리식 조각으로 얻으려는 제안이었습니다. . Kilby는 1958년 여름에 최초의 통합 반도체 회로를 만들었습니다. 그리고 이미 1961년에 Fairchild Semiconductor Corporation은 우연 회로, 반 시프트 레지스터 및 트리거 등 컴퓨터용 최초의 직렬 칩을 출시했습니다. 같은 해 텍사스 회사는 반도체 집적 논리 회로 생산을 마스터했습니다.

다음 해에는 다른 회사의 집적 회로가 등장했습니다. 짧은 시간 안에 다양한 유형의 앰프가 통합 설계로 탄생했습니다. 1962년에 RCA는 컴퓨터 저장 장치용 통합 메모리 매트릭스 칩을 개발했습니다. 점차적으로 모든 국가에서 마이크로 회로 생산이 확립되었으며 마이크로 전자 공학 시대가 시작되었습니다.

집적 회로의 시작 재료는 일반적으로 순수 실리콘의 원시 웨이퍼입니다. 수백 개의 동일한 유형의 미세 회로가 동시에 제조되기 때문에 상대적으로 큰 크기를 갖습니다. 첫 번째 작업은 1000도 온도에서 산소의 영향으로 이 판의 표면에 이산화규소 층이 형성된다는 것입니다. 산화규소는 화학적, 기계적 저항성이 뛰어나고 유전체 특성이 뛰어나 아래에 있는 실리콘에 안정적인 절연을 제공합니다.

다음 단계는 p 또는 n 전도대를 생성하기 위해 불순물을 도입하는 것입니다. 이를 위해 개별 전자 부품에 해당하는 플레이트의 위치에서 산화막이 제거됩니다. 원하는 영역을 선택하는 작업은 포토리소그래피라는 프로세스를 통해 이루어집니다. 먼저 산화층 전체를 사진 필름 역할을 하는 감광성 화합물(포토레지스트)로 코팅해 노광 및 현상이 가능하다. 그런 다음 반도체 결정 표면의 패턴이 포함된 특수 포토마스크를 통해 플레이트에 자외선을 조사합니다.

빛의 영향으로 산화물 층에 평평한 패턴이 형성되고, 노출되지 않은 부분은 빛이 남아 있고 나머지 부분은 어두워집니다. 포토레지스터가 빛에 노출되는 곳에서는 산에 강한 필름의 불용성 영역이 형성됩니다. 그런 다음 웨이퍼를 용매로 처리하여 노출된 영역에서 포토레지스트를 제거합니다. 노출된 영역(그리고 그 영역에서만)에서 실리콘 산화물 층은 산을 사용하여 에칭됩니다.

결과적으로 산화규소는 올바른 위치에 용해되고 순수 실리콘의 "창"이 열려 불순물이 유입될 준비가 됩니다(결찰). 이를 위해 900~1200도 온도에서 기판 표면을 원하는 불순물(예: 인 또는 비소)에 노출시켜 n형 전도성을 얻습니다. 불순물 원자는 순수한 실리콘 속으로 깊숙이 침투하지만 산화물에 의해 반발됩니다. 한 가지 유형의 불순물로 웨이퍼를 처리한 후 다른 유형의 결찰을 위해 준비됩니다. 웨이퍼 표면은 다시 산화물 층으로 덮이고 새로운 포토리소그래피 및 에칭이 수행되어 결과적으로 새로운 "창"이 생성됩니다. 실리콘이 열립니다.

그 다음에는 p형 전도성을 얻기 위해 붕소와 같은 새로운 결찰이 이어집니다. 따라서 p 및 n 영역은 결정 전체 표면의 올바른 위치에 형성됩니다. 개별 요소 사이의 절연은 여러 가지 방법으로 생성할 수 있습니다. 산화규소 층이 절연 역할을 할 수도 있고, 차단 p-n 접합을 올바른 위치에 생성할 수도 있습니다.

처리의 다음 단계는 집적 회로의 요소 사이뿐만 아니라 이러한 요소와 외부 회로를 연결하기 위한 접점 사이의 전도성 연결(도선)을 적용하는 것과 관련됩니다. 이를 위해 얇은 알루미늄 층을 기판에 분사하여 얇은 필름 형태로 침전시킵니다. 위에서 설명한 것과 유사한 포토리소그래피 처리 및 에칭이 수행됩니다. 결과적으로 전체 금속층에는 얇은 전도성 라인과 접촉 패드만 남게 됩니다.

마지막으로 반도체 칩의 전체 표면을 보호층(주로 규산염 유리)으로 덮은 다음 접촉 패드에서 제거합니다. 제조된 모든 마이크로회로는 제어 및 테스트 벤치에서 가장 엄격한 테스트를 거칩니다. 결함이 있는 회로는 빨간색 점으로 표시됩니다. 마지막으로 크리스탈은 개별 칩 플레이트로 절단되며 각 칩 플레이트는 외부 회로에 연결하기 위한 리드가 있는 내구성 있는 하우징에 들어 있습니다.

집적 회로의 복잡성은 통합 정도라는 지표로 특징 지어집니다. 100개 이상의 요소로 구성된 집적 회로를 저집적 회로라고 합니다. 최대 1000개의 요소를 포함하는 회로 - 중간 수준의 통합을 갖춘 집적 회로; 최대 수만 개의 요소를 포함하는 회로를 대형 집적 회로라고 합니다. 최대 백만 개의 요소를 포함하는 회로가 이미 제조되고 있습니다(초대형이라고 함). 통합이 점진적으로 증가함에 따라 매년 계획이 점점 더 소형화되고 그에 따라 점점 더 복잡해집니다.

예전에는 크기가 컸던 수많은 전자 장치가 이제는 작은 실리콘 웨이퍼에 들어맞습니다. 이 경로에서 매우 중요한 사건은 1971년 미국 회사 Intel이 산술 및 논리 연산을 수행하기 위한 단일 집적 회로인 마이크로프로세서를 만든 것입니다. 이는 컴퓨터 기술 분야로의 마이크로 전자 공학의 장대 한 혁신을 수반했습니다.

읽고 쓰기유용한

소개

최초의 컴퓨터가 등장한 이후 소프트웨어 개발자들은 자신의 문제를 정확하게 해결하도록 설계된 하드웨어를 꿈꿔왔습니다. 따라서 특정 작업을 효과적으로 수행할 수 있도록 맞춤화할 수 있는 특수 집적회로를 만들려는 아이디어는 꽤 오랫동안 등장해 왔다. 여기에는 두 가지 개발 경로가 있습니다.

소위 특수 맞춤형 집적 회로(ASIC - 응용 분야별 집적 회로)를 사용합니다. 이름에서 알 수 있듯이 이러한 칩은 특정 작업이나 작업 범위를 효율적으로 수행하기 위해 하드웨어 제조업체에서 맞춤 제작한 것입니다. 기존 마이크로 회로의 다양성은 없지만 할당된 작업을 몇 배 더 빠르게, 때로는 수십 배로 해결합니다.
재구성 가능한 아키텍처를 갖춘 마이크로 회로 생성. 아이디어는 그러한 칩이 프로그래밍되지 않은 상태로 개발자나 소프트웨어 사용자에게 도착하고 그 칩에 가장 적합한 아키텍처를 구현할 수 있다는 것입니다. 그들의 형성 과정을 자세히 살펴 보겠습니다.

시간이 지남에 따라 재구성 가능한 아키텍처를 갖춘 다양한 칩이 많이 나타났습니다(그림 1).

그림 1 재구성 가능한 아키텍처를 갖춘 다양한 칩

꽤 오랫동안 시장에는 PLD(Programmable Logic Device) 장치만 존재했습니다. 이 클래스에는 할당된 문제를 해결하는 데 필요한 기능을 완벽한 분리 정규형(완벽한 DNF)의 형태로 구현하는 장치가 포함됩니다. 1970년에 처음으로 등장한 것은 PLD 장치 클래스에 속하는 EEPROM 칩이었습니다. 각 회로에는 프로그래밍 가능한 OR 논리 기능 세트에 연결된 AND 논리 기능의 고정 배열이 있습니다. 예를 들어, 3개의 입력(a, b, c)과 3개의 출력(w, x, y)이 있는 PROM을 생각해 보세요(그림 2).

쌀. 2. 프롬 칩

미리 정의된 AND 배열을 사용하여 입력 변수에 대해 가능한 모든 연결이 구현되며, 그런 다음 OR 요소를 사용하여 임의로 결합될 수 있습니다. 따라서 출력에서 완벽한 DNF 형태로 세 가지 변수의 모든 기능을 구현할 수 있습니다. 예를 들어, 그림 2에서 빨간색 원으로 표시된 OR 요소를 프로그래밍하면 출력은 w=a x=(a&b) 함수를 생성합니다. y=(a&b)^c.

처음에 PROM 칩은 프로그램 명령과 상수 값을 저장하도록 의도되었습니다. 컴퓨터 메모리 기능을 수행합니다. 그러나 개발자는 이를 사용하여 간단한 논리 기능을 구현하기도 합니다. 실제로 칩의 PROM은 입력 수가 적다면 모든 논리 블록을 구현하는 데 사용할 수 있습니다. 이 조건은 EEPROM 마이크로 회로에서 AND 요소의 행렬이 엄격하게 정의되어 있다는 사실에서 따릅니다. 즉, 입력에서 가능한 모든 결합이 구현됩니다. 즉, AND 요소의 수는 2 * 2 n과 같습니다. 여기서 n은 입력 수. 숫자 n이 증가함에 따라 배열의 크기가 매우 빠르게 증가한다는 것은 분명합니다.

다음으로 1975년에는 소위 PLM(Programmable Logic Array)이 등장했습니다. 이는 마이크로 회로의 PROM 아이디어의 연속입니다. PLM도 AND 및 OR 어레이로 구성되지만 PROM과 달리 두 어레이 모두 프로그래밍 가능합니다. 이는 이러한 칩에 더 큰 유연성을 제공하지만 신호가 미리 정의된 대응 장치를 통하는 것보다 프로그래밍 가능한 연결을 통해 이동하는 데 훨씬 더 오래 걸리기 때문에 일반적이지 않았습니다.

PLM에 내재된 속도 문제를 해결하기 위해 PAL(Programmable Array Logic)이라는 추가 클래스의 장치가 1970년대 후반에 등장했습니다. PAL 칩 아이디어의 추가 발전은 GAL(Generic Array Logic) 장치의 출현이었습니다. 이는 CMOS 트랜지스터를 사용하는 보다 복잡한 PAL 종류입니다. 여기에 사용된 아이디어는 PROM 칩의 아이디어와 정반대입니다. 프로그래밍 가능한 AND 요소 배열이 미리 정의된 OR 요소 배열에 연결됩니다(그림 3).

쌀. 3. 프로그래밍되지 않은 PAL 장치

이로 인해 기능이 제한되지만 이러한 장치에는 EPROM 칩보다 훨씬 작은 크기의 어레이가 필요합니다.

단순 PLD의 논리적 연속은 프로그래밍 가능한 스위칭 매트릭스로 통합된 여러 단순 PLD 블록(일반적으로 PAL 장치는 단순 PLD로 사용됨)으로 구성된 소위 복잡한 PLD의 출현이었습니다. PLD 블록 자체 외에도 이 스위치 매트릭스를 사용하여 블록 간의 연결을 프로그래밍하는 것도 가능했습니다. 최초의 복잡한 PLD는 20세기 70년대 후반과 80년대 초반에 등장했지만 이 분야의 주요 발전은 알테라가 CMOS와 EPROM 기술의 결합을 기반으로 한 복잡한 PLD를 출시한 1984년에 일어났습니다.

FPGA의 등장

1980년대 초, 디지털 ASIC 환경에서는 주요 장치 유형 사이에 격차가 벌어졌습니다. 한편으로는 각각의 특정 작업에 맞게 프로그래밍할 수 있고 제조가 매우 쉬운 PLD가 있었지만 복잡한 기능을 구현하는 데 사용할 수는 없었습니다. 반면에 매우 복잡한 기능을 구현할 수 있지만 아키텍처가 엄격하게 고정되어 있어 제조에 시간과 비용이 많이 드는 ASIC이 있습니다. 중간 링크가 필요했고 FPGA(Field Programmable Gate Arrays) 장치가 그러한 링크가 되었습니다.

PLD와 마찬가지로 FPGA는 프로그래밍 가능한 장치입니다. FPGA와 PLD의 주요 근본적인 차이점은 FPGA의 기능이 DNF가 아닌 프로그래밍 가능 조회 테이블(LUT)을 사용하여 구현된다는 것입니다. 이 표에서 함수 값은 진리표를 사용하여 지정되며 멀티플렉서를 사용하여 필요한 결과가 선택됩니다(그림 4).

쌀. 4. 대응표

각 FPGA 장치는 프로그래밍 가능한 연결로 상호 연결된 프로그래밍 가능한 논리 블록(구성 가능한 논리 블록 - CLB)으로 구성됩니다. 이러한 각 블록은 특정 기능이나 그 일부를 프로그래밍하기 위한 것이지만 메모리와 같은 다른 목적으로 사용될 수도 있습니다.

80년대 중반에 개발된 최초의 FPGA 장치에서 로직 블록은 매우 단순했으며 3입력 LUT 1개, 플립플롭 1개 및 소수의 보조 요소를 포함했습니다. 최신 FPGA 장치는 훨씬 더 복잡합니다. 각 CLB 블록은 1-4개의 "슬라이스"로 구성되며 각 블록에는 여러 LUT 테이블(일반적으로 6개 입력), 여러 트리거 및 다수의 서비스 요소가 포함되어 있습니다. 다음은 현대적인 "슬라이스"의 예입니다.

쌀. 5. 현대적인 "컷"장치

결론

PLD 장치는 복잡한 기능을 구현할 수 없기 때문에 휴대용 장치 및 통신에서 간단한 기능을 구현하는 데 계속 사용되고 있으며, 1000 게이트 크기에 이르는 FPGA 장치(1985년에 개발된 최초의 FPGA)는 현재 1,000만 게이트를 돌파했습니다( Virtex-6 제품군). 이들은 ASIC 칩을 적극적으로 개발하고 있으며 이미 교체하고 있어 재프로그래밍 능력을 잃지 않으면서 매우 복잡한 다양한 기능을 구현할 수 있습니다.

프로세서의 역사로 돌아가 보겠습니다.

60년대에는 정보혁명이 곧 시작될 것이라고는 누구도 상상하지 못했습니다. 더욱이, 컴퓨터가 미래라고 확신하는 컴퓨터 매니아들조차도 이 가장 다채로운 미래에 대해 다소 모호한 생각을 가지고 있었습니다. 사실상 세계와 현대 세계질서에 대한 대중의 인식을 뒤집어 놓은 많은 발견들은 사전 계획 없이 저절로, 마술처럼 나타났습니다. 이와 관련하여 특징은 세계 최초의 마이크로프로세서 개발의 역사입니다.

Fairchild Semiconductor를 떠난 후 Robert Noyce와 악명 높은 법률의 저자인 Gordon Moore는 자신의 회사를 설립하기로 결정했습니다. (Fairchild Semiconductor에 대한 자세한 내용은 2003년 업그레이드 #39(129)의 "The Blonde Child" 기사 참조) . 노이스는 타자기 앞에 앉아 세상을 바꿀 IT 산업의 미래 고래를 위한 사업 계획을 타이핑했다. 이번 사업계획의 전문은 다음과 같습니다.

"회사는 전자 시스템에 대한 업계 요구를 충족하기 위해 통합 전자 구조의 연구, 개발, 제조 및 판매에 참여할 것입니다. 여기에는 하이브리드 및 모놀리식 통합 구조에 사용되는 얇고 두꺼운 반도체 장치와 기타 솔리드 스테이트 구성 요소가 포함됩니다. .

실험실 및 생산 수준에서 다양한 프로세스가 확립됩니다. 여기에는 결정 성장, 절단, 래핑, 연마, 고체 확산, 포토리소그래피 마스킹 및 에칭, 진공 증착, 코팅, 조립, 포장, 테스트가 포함됩니다. 또한 이러한 프로세스를 수행하는 데 필요한 특수 기술의 개발 및 생산과 장비 테스트도 수행됩니다.

제품에는 다이오드, 트랜지스터, 전계 효과 장치, 감광성 요소, 방사 방출 장치, 집적 회로 및 일반적으로 "확장 가능한 대기 시간 통합"이라는 문구가 특징인 하위 시스템이 포함될 수 있습니다. 이러한 제품의 주요 사용자는 통신, 레이더, 제어 및 데이터 처리를 위한 고급 전자 시스템 제조업체가 될 것으로 예상됩니다. 이들 고객의 대부분은 캘리포니아 외부에 있을 것으로 예상됩니다."

이 글을 바탕으로 적어도 누군가가 회사가 실제로 무엇을 할 것인지 이해할 수 있을 것이라고 가정했다면 노이스와 무어는 낙관주의자였음이 분명합니다. 그러나 사업 계획의 내용을 보면 마이크로프로세서 생산에 참여할 의도가 없었음이 분명합니다. 그러나 당시에는 마이크로프로세서에 대해 생각하는 사람이 아무도 없었습니다. 그리고 그 당시 컴퓨터의 중앙 프로세서는 여러 노드로 구성된 상당한 크기의 다소 복잡한 장치 였기 때문에 그 단어 자체는 존재하지 않았습니다.

물론 이 프로젝트를 작성할 당시에는 이것이 어떤 수입을 가져올지 예측할 수 없었습니다. 그러나 대출을 찾기 위해 Noyce와 Moore는 이전에 Fairchild Semiconductor 설립을 도왔던 금융가인 Arthur Rock을 찾았습니다. 그리고 이틀 후, 동화처럼 파트너들은 250만 달러를 받았습니다. 오늘날의 기준으로도 큰 돈이지만, 지난 세기 60년대에는 말 그대로 큰 돈이었습니다. 노이스와 무어의 높은 평판이 아니었다면 그렇게 쉽게 필요한 금액을 받을 가능성은 거의 없습니다. 그러나 미국의 좋은 점은 신기술과 관련된 유망 사업에 1~2달러를 투자할 준비가 되어 있는 위험 자본가들이 항상 있다는 것입니다. 사실 이 나라의 힘은 여기에 달려있습니다. 어떤 이유에서든 미국의 길을 따르고 있다고 여겨지는 현대 러시아에서는 그러한 자본가들이 일상적으로...

그래서 거래가 가방에 있었다고 말할 수 있습니다. 가장 즐거운 순간, 즉 IT 산업의 미래 주력 제품을 선택할 때가 왔습니다. 가장 먼저 떠오른 이름은 회사 창립자인 Moore Noyce의 이름을 따서 만든 이름이었습니다. 그러나 동지들은 그들을 비웃었습니다. "전문가"의 의견에 따르면 그러한 이름은 모든 사람에게 "더 많은 소음"으로 발음될 것이며, 이는 라디오 산업에 제품을 사용하는 회사의 경우 더 나쁠 수 없습니다. 그들은 COMPTEK, CALCOMP, ESTEK, DISTEK 등과 같은 단어가 포함된 목록을 작성했습니다. 결과적으로 Moore와 Noyce는 "Integrated Electronics"의 약어인 Intel이라는 이름을 선택했습니다.

그들은 실망했습니다. 누군가 이미 이전에 모텔 체인에 이 이름을 등록했기 때문입니다. 하지만 250만 달러가 있으면 마음에 드는 타이틀을 다시 구입하는 것이 어렵지 않습니다. 파트너가 그랬습니다.

60년대 후반에는 대부분의 컴퓨터에 자기 코어에 메모리가 장착되었으며, Intel과 같은 회사는 "실리콘 메모리"의 광범위한 도입을 사명으로 여겼습니다. 따라서 회사가 생산에 들어간 첫 번째 제품은 쇼트키 배리어 다이오드를 기반으로 한 64비트 양극 정적 랜덤 액세스 메모리인 "3101 칩"이었습니다(사이드바 "Walter Schottky" 참조).

월터 쇼트키

바이너리 쇼트키 다이오드는 스위스 태생의 독일 물리학자 Walter Shottky(1886-1976)의 이름을 따서 명명되었습니다. 쇼트키는 오랫동안 전기 전도도 분야에서 많은 성과를 거두었습니다. 1914년에 그는 외부 가속 전기장의 영향으로 포화 전류가 증가하는 현상(“쇼트키 효과”)을 발견하고 이 효과에 대한 이론을 발전시켰습니다. 1915년에 그는 스크린 그리드를 갖춘 진공관을 발명했습니다. 1918년 쇼트키는 슈퍼헤테로다인 증폭 원리를 제안했습니다. 1939년에 그는 반도체-금속 경계면에 나타나는 전위 장벽의 특성을 조사했습니다. 이러한 연구의 결과로 쇼트키는 쇼트키 다이오드라고 불리는 장벽을 갖춘 반도체 다이오드 이론을 개발했습니다. Walter Schottky는 전기 램프와 반도체에서 발생하는 공정 연구에 큰 공헌을 했습니다. Walter Schottky의 연구는 고체 물리학, 열역학, 통계, 전자공학, 반도체 물리학과 관련이 있습니다.

인텔은 창립 후 첫해(1969년)에 소유주에게 2,672달러 이상의 이익을 안겨주었습니다. 대출금이 완전히 상환될 때까지 시간이 거의 남지 않았습니다.

12 대신 4

오늘날 Intel(AMD도 포함)은 시장 판매를 기반으로 칩을 생산하지만 초기에는 주문에 따라 칩을 만드는 경우가 많았습니다. 1969년 4월, 계산기를 생산하는 일본 회사 Busicom의 대표로부터 Intel에 연락이 왔습니다. 일본인은 인텔이 가장 앞선 칩 생산 기술을 보유하고 있다고 들었습니다. Busicom은 새로운 데스크탑 계산기를 위해 다양한 목적으로 12개의 마이크로 회로를 주문하기를 원했습니다. 그러나 문제는 당시 인텔의 자원이 그러한 주문을 완료하는 것을 허용하지 않았다는 것입니다. 오늘날 초소형 회로를 개발하는 방법론은 도구가 눈에 띄게 다르지만 20세기 60년대 후반의 방법과 크게 다르지 않습니다.

아주 오래전에는 설계, 테스트 등 매우 노동 집약적인 작업이 수동으로 수행되었습니다. 디자이너는 모눈종이에 초안을 그리고, 초안가는 이를 특수 왁스지(왁스지)에 옮겼습니다. 마스크 프로토타입은 거대한 Mylar 필름 시트에 수동으로 선을 그려서 만들어졌습니다. 회로와 그 구성요소를 계산하기 위한 컴퓨터 시스템은 아직 없었습니다. 녹색 또는 노란색 펠트펜으로 모든 선을 "이동"하여 정확성을 확인했습니다. 마스크 자체는 lavsan 필름의 그림을 소위 루빌라이트(거대한 2층 루비색 시트)로 옮겨서 만들어졌습니다. 루빌라이트에 조각하는 작업도 손으로 이루어졌습니다. 그런 다음 며칠 동안 우리는 조각의 정확성을 다시 확인해야 했습니다. 일부 트랜지스터를 제거하거나 추가해야 하는 경우 메스를 사용하여 수동으로 다시 수행했습니다. 철저한 검사를 거쳐야 루빌라이트 시트가 마스크 제조업체에 넘겨졌습니다. 어떤 단계에서든 사소한 실수가 발생하면 모든 것이 처음부터 다시 시작되어야 했습니다. 예를 들어, "제품 3101"의 첫 번째 테스트 복사본은 63비트로 밝혀졌습니다.

즉, 인텔은 물리적으로 12개의 새로운 칩을 처리할 수 없습니다. 그러나 Moore와 Noyce는 훌륭한 엔지니어일 뿐만 아니라 기업가이기도 했기 때문에 수익성 있는 주문을 잃고 싶지 않았습니다. 그러다가 Intel의 직원 중 한 명인 Ted Hoff는 회사가 12개의 칩을 설계할 능력이 없기 때문에 모든 기능을 대체할 범용 칩을 하나만 만들어야 한다는 생각이 들었습니다. 즉, 테드 호프(Ted Hoff)는 세계 최초로 마이크로프로세서에 대한 아이디어를 공식화했습니다. 1969년 7월에 개발팀이 만들어지고 작업이 시작되었습니다. Fairchild의 이적 Stan Mazor도 9월에 밴드에 합류했습니다. 고객의 컨트롤러에는 일본인 Masatoshi Shima가 그룹에 포함되었습니다. 계산기의 작동을 완벽하게 보장하려면 하나가 아닌 4개의 마이크로 회로를 제조해야 했습니다. 따라서 12개의 칩이 아닌 4개의 칩만 개발하면 되었는데, 그 중 하나는 범용이었습니다. 이전에는 어느 누구도 그렇게 복잡한 마이크로회로를 생산한 적이 없었습니다.

이탈리아-일본 연방

1970년 4월, Busicom의 주문 이행팀에 새로운 직원이 합류했습니다. 그는 Intel(Fairchild Semiconductor)의 인재 양성소 출신입니다. 새 직원의 이름은 Federico Fagin이었습니다. 그는 28세였지만 거의 10년 동안 컴퓨터를 만들어 왔습니다. 19세에 Fagin은 이탈리아 회사인 Olivetti의 미니컴퓨터 제작에 참여했습니다. 그런 다음 그는 Fairchild의 이탈리아 대표 사무소에 입사하여 여러 마이크로 회로 개발에 참여했습니다. 1968년에 Fagin은 이탈리아를 떠나 미국의 Palo Alto에 있는 Fairchild Semiconductor 연구소로 이주했습니다.
Stan Mazor는 새로운 팀원에게 설계 중인 칩셋의 일반 사양을 보여주며 고객 담당자가 다음 날 비행기를 타고 갈 것이라고 말했습니다.

페데리코 파긴

아침에 Mazor와 Fagin은 Masatoshi Shima를 만나기 위해 샌프란시스코 공항으로갔습니다. 일본인은 그가 없는 몇 달 동안 인텔 직원들이 정확히 무엇을 했는지 알고 싶어했습니다. 사무실에 도착한 Mazor는 이탈리아인과 일본인을 홀로 남겨두고 현명하게 사라졌습니다. Sima가 Fagin이 그에게 건네준 문서를 보았을 때 Kondraty는 그를 거의 붙잡을 뻔했습니다. 4개월 동안 "Intel 사람들"은 전혀 아무것도 하지 않았습니다. Sima는 이때까지 칩 회로 설계가 완료될 것으로 예상했지만 1969년 12월 출발 당시의 형태로만 개념을 보았습니다. 사무라이의 기백이 끓어오르자 시마 마사토시는 분노를 터뜨렸다. 그다지 변덕스러운 Fagin은 Sima에게 그가 진정하지 않고 그들이 같은 배에 있다는 것을 이해하지 못한다면 프로젝트가 완전히 중단될 것이라고 설명했습니다. 일본인은 Fagin의 주장과 그가 실제로 회사에서 단 며칠 동안 일했으며 일정 중단에 대한 책임이 없다는 사실에 깊은 인상을 받았습니다. 따라서 Federico Fagin과 Masatoshi Shima는 칩 회로 설계에 함께 작업하기 시작했습니다.

그러나 이때까지 Busicom 주문을 매우 흥미롭고 다소 모험적이지만 여전히 가장 중요한 실험은 아닌 것으로 보았던 Intel의 경영진은 Hoff와 Mazor 그룹을 "제품 1103"(DRAM) 생산으로 전환했습니다. 칩 용량 1kb.

Intel 1103 DRAM 칩, c. 1970년

당시 인텔 경영진은 회사의 미래 복지를 메모리 칩 생산과 연결했습니다. Federico Fagin이 프로젝트 관리자였으며 그 외에는 아무도 없었습니다 (Sima는 고객 대표로서 가끔씩 만 참여했습니다). Fagin은 일주일 안에 새롭고 더욱 현실적인 프로젝트 일정을 만들어 Sima에게 보여주었습니다. 그는 Busicom 본사로 일본으로 날아갔습니다. 모든 세부 사항을 알게 된 일본인은 인텔과의 협력을 거부하고 싶었지만 그럼에도 불구하고 가능한 한 많은 도움을 주고 칩셋 생성 속도를 높이기 위해 마음을 바꾸고 시마 마사토시를 미국으로 다시 보냈습니다.

궁극적으로 그룹에는 Fagin 외에도 전기 엔지니어 한 명과 제도사 세 명이 보충되었습니다. 그러나 업무의 주된 부담은 여전히 관리자에게 있었습니다. 처음에 Fagin의 그룹은 ROM 칩인 4001 칩 개발을 맡았습니다.
이전에는 누구도 그렇게 복잡한 제품을 만든 적이 없었기 때문에 상황은 매우 긴장되었습니다. 모든 것이 처음부터 손으로 디자인되어야 했습니다. 칩 설계와 더불어 테스트 장비 제작과 테스트 프로그램 개발도 병행해야 했다.

때때로 Fagin은 밤에 집에 가지도 않고 실험실에서 일주일에 70-80시간을 보냈습니다. 나중에 그가 회상했듯이 1970년 3월에 그의 딸이 태어나고 그의 아내가 몇 달 동안 이탈리아에 갔다는 것은 매우 행운이었습니다. 그렇지 않았다면 그는 가족 스캔들을 피하지 못했을 것입니다.

1970년 10월 4001 칩 생산 작업이 완료되었습니다. 칩은 완벽하게 작동했습니다. 이는 Busicom의 Intel에 대한 신뢰 수준을 높였습니다. 11월에는 전체 세트 중 가장 간단한 주변 장치가 포함된 인터페이스 칩인 칩 4003도 준비되었습니다. 조금 후에 320비트 동적 메모리 모듈 4002가 준비되었고 마침내 1970년 12월 말에 테스트를 위해 공장에서 "웨이퍼"를 받았습니다(미국 전문가들은 마이크로 회로가 "성장"된 실리콘 웨이퍼라고 부르며, 하지만 아직 자르지는 않았습니다). 늦은 저녁이었고, Fagin이 처음 두 개의 "와플"을 프로버(테스트 및 테스트를 위한 특수 장치)에 넣을 때 손이 떨리는 것을 아무도 보지 못했습니다. 그는 오실로스코프 앞에 앉아서 전압 버튼을 켰는데... 아무것도, 화면의 선은 꿈쩍도 하지 않았습니다. Fagin은 다음 "와플"을 로드했습니다. 동일한 결과입니다. 그는 완전히 당황했습니다.

물론, 이전에 세계 어느 누구도 만든 적이 없는 최초의 장치 프로토타입이 즉시 계산된 결과를 보여줄 것이라고는 누구도 예상하지 못했습니다. 그러나 출력에 신호가 없다는 것은 단지 타격이었습니다. 20분 동안 심장이 두근거린 후 Fagin은 현미경으로 판을 검사하기로 결정했습니다. 그리고 나서 모든 것이 즉시 명확해졌습니다. 기술 프로세스의 위반으로 인해 일부 층간 점퍼가 회로에서 누락되었다는 사실이 발생했습니다! 그것은 매우 나빴고 일정이 어긋났지만 Fagin은 그 실수가 그의 잘못이 아니라는 것을 알고 있었습니다. 다음 "웨이퍼" 배치는 1971년 1월에 도착했습니다. Fagin은 다시 실험실에 가두어 새벽 4시까지 그곳에 앉아 있었습니다. 이번에는 모든 것이 완벽하게 작동했습니다. 다음 며칠에 걸친 집중적인 테스트에서 몇 가지 사소한 버그가 발견되었지만 신속하게 수정되었습니다. 예술가가 그림에 서명하는 것처럼 Fagin은 4004 칩에 자신의 이니셜인 FF를 찍었습니다.

상품으로서의 마이크로프로세서

1971년 3월 인텔은 마이크로프로세서 1개(4004), 320비트 동적 메모리 모듈 2개(4002), 인터페이스 칩 3개(4003) 및 ROM 칩 4개로 구성된 계산기 키트를 일본에 출시했습니다. 지난 4월 Busicom은 계산기가 완벽하게 작동한다고 보고했습니다. 생산을 시작할 수 있었습니다. 그러나 Federico Fagin은 인텔 경영진에게 계산기에만 국한하는 것이 어리석은 일이라고 열정적으로 설득하기 시작했습니다. 그의 의견으로는 마이크로프로세서는 현대 생산의 여러 분야에서 사용될 수 있습니다. 그는 400x 칩셋이 그 자체로 가치가 있고 자체적으로 판매될 수 있다고 믿었습니다. 그의 자신감은 경영진에 영향을 미쳤습니다. 그러나 한 가지 문제가 있었습니다. 세계 최초의 마이크로프로세서는 Intel의 것이 아니라 일본 회사 Busicom의 것이었습니다! 글쎄, 무슨 일이 있었나요? 남은 것은 일본에 가서 우리 자신의 개발권을 구매하는 협상을 시작하는 것뿐이었습니다. 그게 바로 인텔 사람들이 한 일입니다. 결과적으로 Busicom은 4004 마이크로프로세서 및 관련 칩에 대한 권리를 6만 달러에 매각했습니다.

양측 모두 만족했습니다. Busicom은 여전히 계산기를 판매하고 Intel... Intel 경영진은 처음에 마이크로 프로세서를 주요 제품인 RAM 모듈 판매에만 기여한 부산물로 간주했습니다. 인텔은 1971년 11월 MCS-4(마이크로 컴퓨터 세트)라는 이름으로 개발을 시작했습니다.

얼마 후 고든 무어(Gordon Moore)는 이 문제에 대해 이렇게 말했습니다. “만약 자동차 산업이 반도체 산업의 속도로 발전했다면 오늘날 롤스로이스는 3달러의 비용이 들고 1갤런으로 50만 마일을 이동할 수 있을 것입니다. 주차비를 지불하는 것보다 휘발유를 버리는 것이 더 저렴할 것입니다." 물론 현재 요구 사항과 비교할 때 MCS-4는 놀라운 성능과는 거리가 멀었습니다. 그리고 70년대 초반에는 이러한 제품의 등장에 특별히 관심을 두는 사람이 없었습니다. 일반적으로 MCS-4 세트를 기반으로 한 컴퓨팅 시스템은 1950년대 최초의 컴퓨터보다 열등하지 않았지만 시대가 달랐고 컴퓨터 센터에는 컴퓨팅 성능이 훨씬 앞서 있는 기계가 있었습니다.

인텔은 엔지니어와 개발자를 겨냥한 특별 선전 캠페인을 시작했습니다. 인텔은 광고에서 마이크로프로세서가 물론 그다지 심각한 것은 아니지만 공장 자동화 등 다양한 특정 분야에 사용될 수 있다고 주장했다. 계산기 외에도 MCS-4 세트는 가스 펌프, 자동 혈액 분석기, 교통 통제 장치와 같은 장치의 컨트롤러로 응용할 수 있습니다.
세계 최초의 마이크로프로세서의 아버지인 그는 인텔이 새로운 장치를 주요 제품으로 보고 싶어하지 않는다는 사실에 매우 화가 났습니다. Fagin은 미국과 유럽 전역을 여러 차례 여행하면서 연구 센터와 고급 공장에서 연설하고 마이크로프로세서를 홍보했습니다. 때때로 그와 인텔은 비웃음을 받았습니다.

실제로 이 마이크로프로세서 아이디어 전체가 그 당시에는 고통스러울 정도로 하찮은 것처럼 보였습니다. Fagin은 또한 8008 프로젝트에 참여했습니다. 즉, 여러 측면에서 4004의 아키텍처를 반복하는 8비트 마이크로프로세서를 만드는 것입니다. 그러나 회사가 그를 단지 훌륭한 엔지니어로 대했다는 사실에 점차 분노가 커졌습니다. 복잡하지만 그다지 중요하지는 않은 작업에 대처했습니다. 그러나 그는 자신이 실제로 세계 혁명을 일으켰다는 것을 알고 있었습니다.

1974년 10월 Federico Fagin은 Intel을 떠나 자신의 회사인 Zilog, Inc.를 설립했습니다. 다음 해 4월, 시마 마사토시는 Busicom에서 Zilog로 이사했습니다. 그리고 친구들은 세계 최고라고 여겨지는 새로운 프로세서를 설계하기 시작했습니다. 1976년 5월, Zilog의 Z80 마이크로프로세서가 시장에 출시되었습니다.

Z80 프로세서는 매우 성공적인 프로젝트였으며 시장에서 Intel 8008 및 8080 프로세서를 심각하게 대체했습니다. 70년대 중반과 80년대 초반에 Zilog는 Intel에게 오늘날의 AMD와 거의 동일했습니다. 동일한 아키텍처의 효율적인 모델. 그럼에도 불구하고 대부분의 관찰자들은 Z80이 마이크로프로세서 기술 역사상 가장 안정적이고 성공적인 마이크로프로세서라는 데 동의합니다. 하지만 우리는 이 이야기가 이제 막 시작되었다는 사실을 잊지 말아야 합니다...

MCS-4 - 미래의 프로토타입

세계 최초의 마이크로프로세서 제작에 관한 기사는 MCS-4 세트의 기술적 특징에 대해 최소한 몇 마디 언급하지 않으면 불완전할 것입니다. Federico Fagin은 Intel 코딩 시스템에 숫자 4를 도입해야 한다고 주장했습니다. Intel의 마케팅 부서는 이 아이디어를 좋아했습니다. 4개는 프로세서 비트 용량과 총 칩 수를 모두 나타냅니다. 세트는 다음 4개의 칩으로 구성됩니다. 4001 - 2048비트 용량의 마스크 가능한 ROM 칩; 4002 - 320비트 용량의 RAM 칩; 4003 - 10비트 시프트 레지스터인 인터페이스 칩 4004는 45개의 명령어 세트를 갖춘 4비트 CPU입니다. 사실 그것은 가까운 미래의 개인용 컴퓨터의 프로토타입이었습니다. 작동의 기본 원리는 최신 마이크로프로세서에서도 찾을 수 있으므로 이러한 마이크로회로의 기능을 자세히 살펴보겠습니다.

최신 컴퓨터의 RAM(Random Access Memory)은 실행 중인 프로그램과 해당 프로그램에서 처리하는 데이터를 동시에 저장합니다. 이와 관련하여 프로세서는 현재 메모리에서 정확히 무엇(명령 또는 데이터)을 선택하고 있는지 매번 알아야 합니다. 첫 번째 마이크로프로세서 4004는 더 간단했습니다. 명령은 ROM(칩 4001)에만 저장되고 데이터는 RAM(칩 4002)에 저장되었습니다.

4004 프로세서의 명령이 8비트였기 때문에 4001 칩은 256개의 8비트 단어 배열로 구성되었습니다("바이트"라는 용어는 아직 사용되지 않았습니다). 즉, 최대 256개의 중앙 프로세서 명령이 하나의 칩에 들어갈 수 있습니다. 4004 마이크로프로세서는 최대 4개의 4001 칩과 함께 작동할 수 있으므로 작성할 수 있는 최대 명령 수는 1024를 초과하지 않았습니다. 또한 4004 "어셈블러"는 매우 간단했습니다. 단 45개의 명령만 있었고 그러한 복잡한 것은 없었습니다. 곱셈이나 나눗셈과 같은 명령. 모든 수학은 ADD(더하기)와 SUB(빼기) 명령을 기반으로 했습니다. 이진 나누기 알고리즘에 익숙한 사람이라면 4004 프로세서로 작업하는 프로그래머의 어려움을 쉽게 이해할 것입니다.

주소와 데이터는 다중화된 4비트 버스를 통해 전송되었습니다. 4001 칩은 EPROM이었기 때문에 특정 프로그램을 기록하여 다시 플래시할 수 있었습니다. 따라서 MCS-4는 특정 작업을 수행하도록 구성되었습니다.
RAM의 역할은 4002 칩에 할당되었으며 4002와의 데이터 교환도 4비트 버스를 통해 수행되었습니다. MCS-4 기반 시스템에서는 최대 4개의 4002 칩을 사용할 수 있습니다. 즉, 이러한 시스템의 최대 RAM 크기는 1KB(4 x 320비트)였습니다. 메모리는 4개의 레지스터로 구성되었으며 각 레지스터는 20개의 4비트 문자(4 x 20 x 4)를 저장할 수 있습니다. 4비트 코드를 사용하여 최대 16개 문자(24개)를 인코딩할 수 있으므로 MCS-4는 워드 프로세서에서 사용하기 어렵습니다. 계산기에 대해 이야기하면 0에서 9까지 10개의 문자가 인코딩되었으며 4개의 산술 기호, 소수점 및 1개의 문자가 예비로 남아 있습니다. 메모리로부터 데이터 수신은 SRC 명령에 따라 프로세서에 의해 수행되었습니다.

프로세서는 2개의 4비트 시퀀스 X2(D3D2D1D0) 및 X3(D3D2D1D0)을 전송했습니다. X2 시퀀스에서 D3D2 비트는 메모리 뱅크 번호(칩 번호 4002)를 나타내고 D1D0 비트는 이 뱅크에서 요청된 레지스터의 번호를 나타냅니다. 그런데 최신 프로세서는 다음과 같은 경우에도 메모리 뱅크 번호를 나타냅니다. 메모리 작업). 전체 X3 시퀀스는 레지스터의 문자 수를 나타냅니다. 칩과 레지스터의 번호는 00 - 1입니다. 01 - 2; 10 - 3; 11 - 4. 예를 들어 SRC 01010000 명령은 두 번째 칩인 두 번째 레지스터에서 첫 번째 문자를 선택해야 한다고 프로세서에 지시합니다.

키보드, 디스플레이, 프린터, 텔레타이프, 각종 스위치, 카운터 등 한마디로 주변기기와 같은 외부 장치와의 모든 데이터 교환은 4003 인터페이스 칩을 통해 이루어졌으며, 병렬 출력 포트와 직렬 입력/출력 포트. 원칙적으로 주변 장치와 데이터를 교환하는 이러한 메커니즘은 USB 포트 등이 출현할 때까지 존재했습니다.

세트의 기본인 4004 칩은 실제 마이크로프로세서였습니다. 프로세서에는 4비트 가산기, 누산기 레지스터, 16개의 인덱스 레지스터(물론 4비트), 12개의 프로그램 및 스택 카운터(4비트), 8비트 명령 레지스터 및 디코더가 포함되어 있습니다. 명령 레지스터는 OPR과 OPA라는 두 개의 4비트 레지스터로 나누어졌습니다.

작업주기는 다음과 같이 발생했습니다. 프로세서가 SYNC 동기화 신호를 생성했습니다. 그런 다음 ROM(4001)에서 가져오기 위해 12개의 주소 비트가 전송되었으며 이는 A1, A2, A3의 세 가지 작업 주기에서 발생했습니다. 수신된 요청에 따라 8비트 명령이 M1과 M2의 두 주기로 프로세서로 다시 전송되었습니다. 명령은 OPR 및 OPA 레지스터에 배치되었으며 X1, X2, X3의 세 사이클에서 해석되고 실행되었습니다. 그림은 Intel 4004 프로세서의 듀티 사이클을 보여줍니다. 첫 번째 릴리스의 4004 프로세서의 주파수는 0.75MHz였으므로 이 모든 것이 오늘날 표준에 따라 매우 빠르게 발생하지 않았습니다. 전체 사이클에는 약 10.8초가 걸렸습니다. 두 개의 8자리 십진수를 더하는 데 850초가 걸렸습니다. Intel 4004는 초당 60,000개의 작업을 수행했습니다.

간단한 기술 설명에서도 이것이 매우 약한 프로세서라는 것이 분명합니다. 따라서 지난 세기 70년대 초반에 시장에 출시된 MCS-4 세트의 등장에 놀란 사람이 거의 없다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 아직 매출은 그리 높지 않았습니다. 그러나 인텔의 선전은 빌 게이츠와 그의 친구 폴 앨런과 같은 젊은 열광자들의 반향을 불러일으켰고, 그들은 마이크로프로세서의 출현이 그들에게 개인적으로 새로운 세계의 문을 열어주었다는 것을 즉시 깨달았습니다.

인텔 코딩 방식

(UPgrade 및 NNM에 작성됨)
Intel의 디지털 코딩 체계는 Andy Grove와 Gordon Moore가 발명했습니다. 원래 형태에서는 매우 간단하여 코딩에 숫자 0, 1, 2, 3만 사용되었습니다. 페데리코 파긴(Federico Fagin)이 마이크로프로세서를 만든 후 레지스터의 4비트 구조를 반영하기 위해 숫자 4를 도입하자고 제안했습니다. 암호. 8비트 프로세서의 출현으로 숫자 8이 추가되었으며 이 시스템에서 모든 제품은 4자리로 구성된 코드를 받았습니다. 코드의 첫 번째 숫자(맨 왼쪽)는 카테고리를 나타냅니다. 0 - 제어 칩; 1 - PMOS 칩; 2 - NMOS 칩; 3 - 양극성 미세 회로; 4 - 4비트 프로세서; 5 - CMOS 칩; 7 - 자기 도메인의 메모리; 8 - 8비트 프로세서 및 마이크로컨트롤러. 숫자 6과 9는 사용되지 않았습니다.

코드의 두 번째 숫자는 유형을 나타냅니다. 0 - 프로세서; 1 - 정적 및 동적 RAM 칩; 2 - 컨트롤러; 3 - ROM 칩; 4 - 시프트 레지스터; 5 - EPLD 미세 회로; 6 - PROM 칩; 7 - EPROM 칩; 8 - 클록 생성기용 동기화 회로; 9 - 통신용 칩(나중에 나타남) 마지막 두 자리는 해당 제품 유형의 일련 번호를 나타냅니다. 따라서 Intel이 생산한 첫 번째 칩인 코드 3101은 "첫 번째 출시 양극성 정적 또는 동적 RAM 칩"을 나타냅니다.

다음 링크를 사용하여 이 이야기를 계속 읽어보세요.
x86 프로세서 아키텍처의 역사 2부. 8비트
x86 프로세서 아키텍처의 역사 3부. 먼 조상

최초의 마이크로회로의 역사. 국내 전자부품기지(ECB)의 역사

디자인 수준