Микропроцессоры. Транзисторы Intel Silicon Debug
Микропроцессоры как основа современной компьютерной техники. Экспансия и следствия закона Мура. Транзисторы, их основные виды. Отладка кристаллов микросхем, их бесконтактная диагностика, анализ структур и электрические испытания. Кремниевая нанохирургия.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Рисунок 13 - «Электрокардиограмма» кристалла
Третьим интересным современным диагностическим методом Silicon Debug является активное воздействие на приборы при помощи лазера (Laser-Assisted Device Alteration). Основная идея метода -- лазер сканирует по поверхности кристалла работающей в режиме обычного (электронного) теста микросхемы, и когда луч попадает на элемент (транзистор), работающий в критическом режиме (с малым запасом надежности), тест дает сбой. Тем самым определяются наиболее «слабые» участки чипа, работа которых с наибольшей вероятностью приведет к сбою всей микросхемы. Этот тест можно разнообразить, меняя рабочие напряжения и частоты функционирования микросхемы во время лазерного сканирования.
Методы Laser Probe и Time-Resolved Emission широко применяются для обнаружения единичных отказов логики, сбоев из-за паразитных емкостных, индуктивных и резистивных перекрестных связей и из-за шума источника питания. Третий метод более эффективен при дефектах типа всплесков dI/dt, низковольтных колебаний и нестабильности питания (то есть там, где КМОП-ячейка недостаточно надежно фиксирует уровни логических 0 или 1). Разумеется, в дополнение к этим новейшим методам применяются и более традиционные, разрушающие способы диагностики структур -- см. врезку.
4. Кремниевая нанохирургия
Для устранения обнаруженных дефектов на предварительном этапе отладки кристаллов в Intel широко используется так называемая кремниевая нанохирургия (nanosurgery). Дело в том, что на чипах микросхем предусматривается некоторое место (в различных областях по всей площади кристалла) для размещения «свободных», то есть незадействованных в основной схеме транзисторов. Точнее даже не транзисторов, а функциональных КМОП элементов -- вентилей, линий задержки, триггеров и пр. Если, например, в процессе диагностики обнаружился дефект и моделирование на компьютере показывает, что этот дефект можно устранить, внедрив дополнительный элемент в схему (скажем, простейшую линию задержки, состоящую из двух логических инверторов), то далее для проверки этого предположения «в железе» применяется нанохирургия, которая позволяет «вставить» резервный элемент прямо в основную схему на кристалле, разрезав соединения, где это потребуется. Это подобно тому, как при лабораторной отладке радиоэлектронных схем (материнских плат, видеокарт и пр.) нужные радиоэлементы (транзисторы, резисторы и даже микросхемы) впаиваются в нужные участки -- порой, «в навал» на уже готовую плату, если заранее места для них не предусмотрено. Но в кремниевой нанохирургии эти операции, разумеется, имеют многократно большую сложность и до недавнего времени были практически невозможны -- для исправления каждого бага (или группы багов) приходилось изготавливать новую партию дорогостоящих фотомасок, выпускать пробную партию кристаллов (а это занимает несколько недель) и повторять все это снова и снова, если проблемы оставались.
Рисунок 14 - Операция исправления багов
Итак, для проведения «нанохирургии» с обратной стороны кремниевого кристалла (в подложке) ступенчато вытравливаются углубления в форме квадратных обратных пирамид (рисунок 14). Для селективного травления используется сфокусированный ионный пучок и специальный газ-реагент. Точное место травления -- прямо «под» нужным элементом -- определяется оптическими методами, описанными выше, причем в процессе травления положение ямки постоянно уточняется и корректируется с тем, чтобы на финальной стадии небольшое (диаметром в единицы микрон и даже меньше) углубление попало точно в нужный металлический контакт (с обратной его стороны). После того как ямка «прорыта» до контакта со схемой, в нее «заливается» металл (например, вольфрам) -- до образования надежного электрического контакта со схемой. После этого полученные металлические контакты к разным участкам схемы можно соединить между собой в нужной последовательности, осаждая (напыляя) перемычки с тыльной стороны кремниевой пластины (см. фото) -- прямо как напайка дополнительных проводков на печатную плату.
Модифицированная таким способом электронная схема кристалла тщательно проверяется заново (включая оперативную бесконтактную диагностику), и если исправление дефектов первоначального проекта прошло успешно, разрабатываются новые фотошаблоны, учитывающие опробованные изменения. Если же процедура исправления не дала удовлетворительных результатов, «нанохирургическую» операцию можно повторять снова и снова (и занимает она, кстати, всего несколько часов) -- до тех пор, пока не найдется надежный путь исправления дефекта. Таким образом, экономится уйма времени и средств, которые бы ушли на исправление, если действовать традиционными методами (через новые фотомаски и кристаллы). Более того, этим способом можно быстро исправлять целую последовательность проблем, каждая из которых может быть обнаружена только после исправления предыдущей. И экономия тут будет просто колоссальная.
Кстати, для проведения подобных процедур прямо на готовых, помещенных в корпус кристаллах очень удобна именно та упаковка, которая применяется микропроцессорной индустрией последние несколько лет -- Flip-Chip (FC-BGA). В ней кристалл расположен подложкой кверху и все операции с обратной стороны чипа легко проводить даже при включенной в тестовый стенд микросхеме (а порой -- тут же установить исправленный кристалл в материнскую плату и запустить Windows -- это не шутка).
Описанный способ широко применяется при устранении проблем трех уровней:
· ошибки функционирования
· недостаточная производительность
· проблемы с энергопотреблением
В частности, удается достаточно оперативно повысить рабочие частоты кристаллов (после чего выпускается, например, новый степпинг процессора по новым фотошаблонам), снизить потребляемую мощность, увеличить выход годных кристаллов с заданными параметрами. Например, для анализа и устранения проблем энергопотребления применяется так называемый инфракрасный микроскоп IREM (InfraRed Emission Microscope), который позволяет наблюдать участки повышенного нагрева кристалла в работе (вплоть до отдельных транзисторов или логических блоков).
Полученные термомикрограммы используются для поиска мест повышенных утечек в кристалле, наиболее разогревающихся элементов при высокой частоте работы, и для выработки нужных решений по улучшению кристаллов.
Заключение
В работе были рассмотрены некоторые аспекты свызаннуе с развитием микропроцессорной техники.
Специалисты компании Intel оценивают возможность дальнейшей миниатюризации весьма оптимистично. Дальнейшее совершенствование технологий ИС связано с большими трудностями и финансовыми затратами, но разработки в этой области активно ведутся и, скорее всего. Это процесс будет продолжатся еще несколько десятков лет.
Список используемых источников
1. Сергей Пахомов. Экспансия закона Мура//Компьютер пресс. - 2003. - №1. - С.16-22.
2. Сергей Пахомов. Эра трехмерных транзисторов//Компьютер пресс. - 2003. - №1. - С.34-38.
3. Александр Карабуто. Отладка кристаллов микросхем//Компьютера. - №37. - 2004.
Размещено на Allbest.ru
...
Подобные документы
Биполярные и полевые СВЧ-транзисторы. Баллистические и аналоговые транзисторы. Сравнительная таблица основных свойств полупроводникового материала 4H-SiC с Si и GaAs. Алмаз как материал для СВЧ-приборов. Приборы на основе квантово-размерных эффектов.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 22.08.2015
Сокращение времени переноса носителей через базу. Баллистические и аналоговые транзисторы. Горбообразные барьеры эмиттера и коллектора. Транзисторы с металлической базой. Приборы на квантово-размерных эффектах. Инерционность процесса туннелирования.
реферат [865,2 K], добавлен 21.08.2015
Принципы цифровой передачи данных. История развития микропроцессоров, их устройство, классификация, функциональные особенности и сферы практического применения. Типы архитектур: cisc, risc. Микропроцессоры с arm-архитектурой, преимущества использования.
реферат [49,7 K], добавлен 29.12.2014
Структура и действие многоэмиттерных транзисторов (МЭТ). Многоколлекторные транзисторы (МКТ) как функциональные полупроводниковые приборы, представляющие собой совокупность нескольких тринисторов. Применение в интегральных схемах. Изготовление МЭТ и МКТ.
контрольная работа [236,4 K], добавлен 21.02.2016
Устройство и принцип действия полевого транзистора. Статические характеристики. Полевые транзисторы с изолированным затвором. Схемы включения полевых транзисторов. Простейший усилительный каскад. Расчет электрических цепей с полевыми транзисторами.
лекция [682,2 K], добавлен 19.11.2008
Типы биполярных транзисторов и их диодные схемы замещения. Кремниевые и германиевые транзисторы. Физические явления в транзисторах. Схемы включения и статические параметры. Влияние температуры на статистические характеристики, динамические параметры.
реферат [116,3 K], добавлен 05.08.2009
Транзисторы– полупроводниковый прибор, пригодный для усиления мощности. Принцип действия n–p–n транзистора в режиме без нагрузки. Усиление каскада с помощью транзистора. Схемы включения транзисторов и работы с общим эмиттером и с общим коллектором.
реферат [63,2 K], добавлен 05.02.2009
Создание полупроводниковых приборов для силовой электроники. Транзисторы с изолированным затвором. Схемы включения полевых транзисторов. Силовые запираемые тиристоры. Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом. Назначение защитной цепи.
реферат [280,5 K], добавлен 03.02.2011
Эффекты разогрева электронного газа. Горячие носители заряда в гетероструктурах с селективным легированием. Транзисторы с инжекцией горячих электронов и на горячих электронах. Горячие электроны в резистивном состоянии тонких пленок сверхпроводников.
курсовая работа [348,5 K], добавлен 30.10.2014
Технические характеристики и структура модуляционно-легированных полевых транзисторов и биполярных транзисторов на гетеропереходах. Технологии создания приборов, их преимущества и применение. Понятие явления резонансного туннелирования электронов.
реферат [522,2 K], добавлен 28.12.2013
Построение цифровой системы обработки информации. Реализация структурной схемы анализатора спектра на основе алгоритма быстрого преобразования Фурье. Выбор микропроцессоров различных серий, сравнительный анализ эффективности микросхем К1802 и К1815.
курсовая работа [4,1 M], добавлен 01.12.2013
Основные радиационные эффекты в элементах интегральных микросхем. Классификация радиационных эффектов. Действие облучения на биполярные транзисторы. Радиационные эффекты в усилительных и дифференциальных каскадах. Радиационные эффекты в ИОУ.
реферат [1,3 M], добавлен 09.03.2007
Выбор типа микросхем памяти и расчет их количества в модулях. Выбор дешифратора адреса. Распределение адресного пространства. Распределение модулей программ. Расчет нагрузочной способности модуля памяти. Генератор тактовых импульсов микропроцессора.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 08.01.2017
Этапы развития информационной электроники. Усилители электрических сигналов. Развитие полупроводниковой информационной техники. Интегральные логические и аналоговые микросхемы. Электронные автоматы с памятью. Микропроцессоры и микроконтроллеры.
реферат [1,0 M], добавлен 27.10.2011
Анализ технологии изготовления плат полупроводниковых интегральных микросхем – такого рода микросхем, элементы которых выполнены в приповерхностном слое полупроводниковой подложки. Характеристика монокристаллического кремния. Выращивание монокристаллов.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 03.12.2010
История создания полевых транзисторов. Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом. Принцип действия МДП-структур специального назначения. Схемы включения полевых транзисторов, их применение в радиоэлектронике, перспективы развития.
реферат [1,3 M], добавлен 30.05.2014
Полупроводники и их физические свойства. Генерация и рекомбинация свободных носителей заряда. Влияние донорных и акцепторных примесей. Понятие р-п -перехода и факторы, влияющие на его свойства. Полупроводниковые диоды и биполярные транзисторы, их виды.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 19.03.2011
Структуры микропроцессорных систем управления, назначение мультиплексоров, схемы на логических элементах. Анализ устройства цифро-аналогового преобразователя с весовой резисторной матрицей. Структура и виды операций арифметически-логических устройств.
контрольная работа [163,2 K], добавлен 02.10.2015
Биполярные и полевые транзисторы в дискретном или интегральном исполнении как основа современных усилителей. Классы усиления усилительных каскадов. Метод расчета схем с нелинейным элементом. Схема с фиксированным напряжением базы. Методы стабилизации.
лекция [605,0 K], добавлен 15.03.2009
Основные виды структур ИМС. Гибридные и совмещенные интегральные микросхемы. Факторы, ограничивающие степень интеграции. Причины, ограничивающие минимальные размеры интегральных микросхем. Микросборка оптоэлектронных ИМС. Метод элементной избыточности.
реферат [1,2 M], добавлен 23.06.2010
