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CIRCUITOS DIGITALES
Profesor: Hernán Bení[email protected]
http://www2.eng.cam.ac.uk/~dmh/4b7/resource/index.htm#Latest%20Developments
http://www.belllabs.com/news/1999/november/15/1.html
OBJETIVOS
•Analizar el proceso de fabricación de circuitos VLSI
•Brindar los conocimientos necesarios para reconocer la importancia y estar en capacidad de aplicar herramientas de diseño, verificación y prueba a sistemas digitales complejos
•Establecer los criterios que permitan modelar un sistema digital en diferentes niveles de abstracción
•Aplicar esas ideas al modelamiento basado en VHDL
•Entender la importancia de vincular los aspectos de Verificación y Diseño para Verificabilidad en el desarrollo de sistemas digitales
CONOCIMIENTOS PREVIOS
•Electrónica Digital
•Arquitectura de computadores
•Transistores MOSFET
•Programación en lenguaje C
•VHDL
METODOLOGÍA
•32 sesiones (2 por semana)
•Clases magistrales
•Sesiones exámenes parciales
•Asesorías al proyecto final
•Monitorías
LIBROS GUÍAS
• Abramovici, Breuer y Friedman , Digital Systems Testing and Testable Design, AT&T Bell Laboratories and W.H. Freeman and Company, 1990
• Pardo y Boluda, VHDL. Lenguaje para síntesis y modelado de circuitos, Alfaomega, 2000
• Uyemura, John, Physical Design of CMOS Integrated Circuits Using LEdit, PWS Publishing Co, 1995
EVALUACIÓN
Evaluación parcial I 25 %
Evaluación parcial II 25 %
Laboratorios 20 %
Proyecto 30%
EXÁMENES PARCIALES
• Son teóricos y de forma de selección múltiple
• Buscan establecer el dominio conceptual y de abstracción que se posee sobre los temas dados.
LABORATORIOS
• Complementan la teoría expuesta en las clases magistrales
• Permiten desarrollar habilidades prácticas en el uso de herramientas propias de la disciplina
PROYECTO FINAL
Se debe entregar un cronograma de actividades en lasemana 3.
TEMAS DE HOY:
•LEY DE MOORE
•EVOLUCIÓN DEL MICROPROCESADOR
•DEFINICION DE CI
•PROCESO DE FABRICACIÓN
•CONCEPTO DE CAPA Y MÁSCARA
•DOPADO DE ZONA
•GENERACIÓN DE CAPAS
LEY DE MOORE
Tomado de: Moore’s Law Meet its match,R. Tummala,IEEE Spectrum, June 2006
EL PRIMER TRANSISTOR
New York Times
“A device called a transistor which has several applications in radio were a vaccum tube is ordinarily deployed, was demostrated for the firt time yesterday at Bell Telephone Laboratories, 463 West street, where it was invented”
23 December 1947
Fotos tomadas de: www.news.bbc.co.uk
EL PRIMER CIRCUITOINTEGRADO
www.news.bbc.co.uk
En 1958, Jack Kilby, un ingenieroeléctrico de Texas Instruments, se ingenió como reunir en un solo circuito varios elementos como transistores, resistores y capacitores junto con los cables conectores en una sola pieza de Germanio.
Su primer prototipo fue una pieza delgada de Germanio de una pulgada de largo con cinco componentes conectados por pequeños alambres.
Jack Kilby
EL MICROPROCESADOR
4004: Primer microprocesador de IntelEl 4004 era de 4 bits y a 108 KHz y contenía 2300 transistores.
La velocidad de este dispositivo de 1971 se estima en 0.06 MIPS (Millions of instructionsper second)
INTEL 8086/8088 IBM PC
1971: Microprocesador 8086/8088
‘Cerebro’ del IBM PC.
Este fue seguido en 1982 por el 80286, en el cual se basó el computador IBM PC/AT (Advanced Technology)
INTEL 80386 y 80486
El Intel 386 (1985) contenía 275.000 transistores. Este fue el primer Intel de 32 bits y en capacidad de hacer multitarea.
El 486 fue significativamente más poderoso y fue el primero en ofrecer un coprocesador matemático.
INTEL PENTIUM
El Intel Petium fue introducido en 1993 con la intención de permitir a los computadores interactuar con datos como habla, imágenes y sonido en tiempo real.
El último Pentium II (1997) contiene 7.5 millones de transistores.
ESCALAMIENTO INTEL PENTIUM II
• El diseño original usaba MOSFET con L=0.8 mμ• Velocidad limitada a fclk = 66 MHz
33 V5 VVoltaje
100 MHz66 MHzVelocidad máxima
163 mm2284 mm2Área del chip
0.6 μ m 0.8 μ mDimensión L
DEFINICIÓN DE CISu definición puede enfocarse como:
• Sistema digital
• Sistema electrónico
• Sistema físico
Como sistema digital
Conjunto de elementos como:
• Compuertas• Celdas• Macroceldas
unidos internamente y con el entorno medianteterminaciones o PADs y que realizan operacionesbooleanas.
Como sistema electrónico
Conjunto de elementos como:
• Transistores• Resistencias• Condensadores
que forman redes electrónicas con algunos retardoscon circuitos RC parásitos.
Como sistema físico
Conjunto de capas de:
• Silicio• Polisilicio• Metal
separadas por capas aislantes y ocasionalmente atravesadas por conductores.
• Semilla de Silicio puro
• Crecimiento de un cilindro (10 cm de espesor por 1 m de alto)
• Se cortan las obleas 250 m de espesorμ
• Sobre cada oblea se fabrican miles de CI
PROCESO DE FABRICACIÓN
• Proceso de fabricación
http://jas2.eng.buffalo.edu/applets/education/fab/NMOS/nmos.html
• Flujo de diseñohttp://larc.ee.nthu.edu.tw/~tyc/vlsiclass/chap1/node1.htm
APPLETS EN INTERNET
MOSISEs un servicio de producción de CI a bajo costo volúmenes pequeños. Útil para investigación y para instituciones educativas
www.mosis.org
Ej: Implante retinal desarrollado en el MIT. Theogarajan et al, Minimally invasive retinal Process, Proceedings international Solid State Circuits conference 2006.
FIN DE LA CLASE