موضوع مقاله: یکپارچه‌سازی کلان‌مقیاس | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # یکپارچه‌سازی کلان‌مقیاس | مقدمه: این شاخه از الکترونیک به دو بخش کلی طراحی و پیاده‌سازی تقسیم شده است که در بخش پیاده‌سازی مباحث عملی مربوط به پیاده‌سازی مدارات یکپارچه در مقیاس بزرگ عنوان می‌شود. | ## بخش 1: یکپارچه‌سازی کلان‌مقیاس | VLSI در دهه ۱۹۷۰ آغاز به کار کرد وقتی که تراشه‌های مدار مجتمع MOS به‌طور گسترده پذیرفته شدند و امکان توسعه فناوری‌های پیچیده نیم‌رسانا و مخابراتی را فراهم کردند. یک مدار الکترونیکی ممکن است از پردازنده، ROM، RAM و سایر منطق چسب تشکیل شده باشد. این موفقیت پس از جنگ جهانی دوم حاصل شد زمانی که برای ردیاب رادار از بلورهای سیلیکون و ژرمانیوم استفاده شد دانشمندانی که روی رادار کار کرده بودند دوباره به توسعه دستگاه حالت جامد بازگشتند. با اختراع اولین ترانزیستور در آزمایشگاه‌های بل در سال ۱۹۴۷، رشته الکترونیک از لوله‌های خلأ به دستگاه‌های حالت جامد تغییر یافت. در دهه ۱۹۵۰ مهندسان برق با داشتن ترانزیستور‌های کوچک امکان ساخت مدارهای پیشرفته تر را پیدا کردند. سیگنال‌های الکتریکی برای عبور از مدار زمان بر بودند، این اتفاق باعث کاهش سرعت کامپیوتر می‌شود. مدار مجتمع توسط جک کیلبی و رابرت نویس با قطعات و بلوک یکپارچه از مواد نیم رسانا ساخته شد. این فرایند باعث به وجود آمدن ایده ساخت کلیه اجزا در ویفر سیلیکونی تک بلوری شد که مقیاس کوچک آن (SSI) اوایل دهه ۱۹۶۰ و مقیاس متوسط آن (MSI) اواخر دهه ۱۹۶۰ ساخته شد. VLSI ساخت آن در مقیاس بسیار بزرگ با تصویر گسترده ماسفت امکان‌پذیر شد که آن را ابتدا محمد محمد عطاالله و داوون کانگ در سال ۱۹۵۹ در آزمایشگاه‌های بل اختراع کردند. | ## بخش 2: یکپارچه‌سازی کلان‌مقیاس | مفهوم ماسفت را برای اولین بار محمد محمد عطالله در سال ۱۹۶۰ و سپس داوون کانگ در سال ۱۹۶۱ ارائه دادند، هردو ی آن‌ها خاطرنشان کردند که این مفهوم برای ساخت مدارهای مجتمع بسیار مفید است. در اوایل دهه ۱۹۷۰، فناوری ماسفت امکان استفاده بیش از ده هزار ترانزیستور را در یک تراشه داد. این امر VLSI را در دهه‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ با ده‌ها هزار ترانزیستور MOS روی یک تراشه (بعداً صدها هزار، سپس میلیون‌ها و اکنون میلیاردها) راه را برای VLSI هموار کرد. پیشرفت‌های بعدی باعث شد ترانزیستورهای بیشتری ساخته شوند و درنتیجه باعث شد سیستم‌های بیشتر و پیشرفته تری ساخته شوند. اولین مدارهای مجتمع تنها چند دستگاه را در خود جای می‌داد تقریباً به اندازه ده دیود و همچنین ساخت یک یا چند دروازه منطقی روی آن امکان‌پذیر است. در گذشته به عنوان یکپارچه سازی در مقیاس کوچک (SSI) شناخته می‌شد، پیشرفت این روش باعث شد تا در آن بتوان دستگاه‌هایی با صدها دروازه منطقی قرارداد که به عنوان ادغام در مقیاس متوسط (MSI) شناخته می‌شوند. پیشرفت‌های بیشتر منجر به ادغام در مقیاس بزرگ (LSI)، یعنی سیستم‌هایی با حداقل هزار دروازه منطقی شد. فناوری کنونی از این علامت بسیار دورتر شده است و ریزپردازنده‌های امروزی دارای میلیون‌ها دروازه و میلیاردها ترانزیستور منفرد هستند. زمانی، تلاش‌هایی برای نامگذاری و مدرج کردن سطوح مختلف ادغام در مقیاس بزرگ بالاتر از VLSI کردند. | ## بخش 3: یکپارچه‌سازی کلان‌مقیاس | اما این نام گذاری به خاطر تفاوت‌ها در دروازه‌های منطقی و ترانزیستورها مورد بحث قرار گرفت اصطلاحاتی که در گذشته برای VLSI انتخاب شده بود دیگر به‌طور گسترده استفاده نمی‌شود. در سال ۲۰۰۸، پردازنده‌های پیشرفته تر که در آن چند میلیارد ترانزیستور داشت به بازار آمد. برخلاف طراحی‌های قدیمی، در طراحی‌های کنونی از طراحی‌های گسترده و منطق خودکار برای ساخت ترانزیستورها استفاده می‌شود که در عملکردهای منطقی سطح بالاتری از پیچیدگی را شامل می‌شود. برخی از بلوک‌های منطقی با عملکرد بالا مانند سلول SRAM (حافظه دسترسی تصادفی ثابت) هنوز هم با دست طراحی شده‌اند تا بالاترین بازده را تضمین کنند. طراحی ساختاری طراحی VLSI ساختار یافته یک روش مدولار (قطعه قطعه) است که توسط کارور مید و لین کانوی برای صرفه جویی در منطقه میکروچیپ با به حداقل رساندن سطح پارچه‌های بهم پیوسته ایجاد شده است. این امر با چیدمان تکراری بلوک‌های درشت مستطیلی به دست می‌آید که می‌توان آن را به وسیله سیم کشی پایه به یک دیگر متصل کرد؛ مثلاً می‌توان طرح یک جمع‌کننده را به یک ردیف سلول قطعه قطعه با بیت‌های برابر تقسیم کرد. طراحی VLSI ساختار یافته در اوایل دهه ۱۹۸۰ محبوب بود، اما بعدها محبوبیت خود را از دست داد به دلیل به وجود آمدن ابزار مسیر یابی، مساحت زیادی با مسیریابی هدر رفته و اشغال می‌شود درصورتیکه این مشکل با استفاده از قانون مور حل شده است. | ## جمع‌بندی | هنگام معرفی زبان توصیف سخت‌افزار KARL در اواسط دهه ۱۹۷۰، رینر هارتنشتاین اصطلاح "VLSI ساختار یافته" (در اصل به عنوان "طراحی LSI ساختار یافته") را ابداع کرد، و از رویه برنامه‌ریزی ادسگر دیکسترا با لانه سازی روش جلوگیری می‌کند تا از ساخت و ساز آشفته ساختار اسپاگتی جلوگیری کند.