11.2.Современная микроэлектроника и оптоэлектроника (1980- 2004 гг.)

11.2.1.Новейшие микроэлектронные технологии

Современная микроэлектроника развивается в направле-нии дальнейшего повышения степени интеграции. Базой для это-го является планарная КМОП-технология. Основным парамет-ром, характеризующим технологический прогресс, является про-ектная норма. Она определяется как минимальный размер (рас-стояние между линиями), который можно реализовать в инте-гральной схеме. Очевидно, чем меньше размер, тем больше эле-ментов можно сформировать на кристалле заданной площади и, следовательно, реализовать более сложное однокристальное уст-ройство. Проектная норма последовательно снижается. Если в первых ИС она составляла 5 мкм, то к концу 1980-х гг. она уменьшилась до 1 мкм. Затем были освоены субмикронные тех-нологии с проектной нормой меньше 1 мкм: 0,8 мкм и 0,5 мкм. На повестку дня был поставлен вопрос о наноэлектронике, т.е. уменьшении проектной нормы до значений ниже 0,1 мкм. Со-гласно закону Г. Мура степень интеграции должна удваиваться каждые 2 года. К середине 1990-х гг. норма была уменьшена до 0,35 мкм, затем до 0,25 мкм, 0,18 мкм, 0,13 мкм. По величине проектной нормы называют и современные технологии и СБИС; например технология 0,13 мкм. В начале 2000-х гг. появились КМОП СБИС с проектной нормой 0,09 мкм, т.е. 90 нм, а это уже полноценная наноэлектроника. В 2004 г. появились опытные об-разцы СБИС, изготовленные по технологии 50 нм.

Достижения технологии позволили создавать на одном кристалле не только отдельные электронные устройства, но и це-лые системы, которые на начальном этапе электроники занимали громадные шкафы. Появилось новое направление - системы на кристалле (System on a Chip - SoC). Громадный прогресс планар-ной технологии открыл возможность интеграции на одном кри-сталле не только электронных, но и оптических, механических и других микро-устройств. Такие системы стали называть МЭМ - микроэлектромеханические и МОЭМ - микро-опто-электромеханические системы. Именно они позволяют строить микродвигатели, управляемые перемещения в которых оценива-ются микронами и долями микрон. Сейчас трудно прогнозиро-вать, как в ближайшем будущем эти миниатюрные интеллекту-альные системы изменят промышленные технологии, медицину, науку и наш быт.

11.2.2.Современные компьютеры и супер-эвм

Конец 1980-х – 1990-е гг. характеризуются качественным видоизменением средств вычислительной техники и лавинооб-разным процессом ее внедрения во все сферы человеческой деятельности. Достижения микроэлектроники обеспечили вычисли-тельную технику сверхбольшими и ультра сверхбольшими логическим интегральными схемами. В 1970-е гг. микропроцессоры и микро-ЭВМ стали широко применяться в оборонной технике, промышленности и на транспорте. Приставка "микро" имела двойной смысл. Во-первых, по своим возможностям эти устрой-ства значительно уступали ЭВМ. Во-вторых, они были реализо-ваны на БИС и СБИС и по сравнению с традиционными ЭВМ действительно были микроминиатюрными.

Дальнейший прогресс привел к тому, что микро-ЭВМ по своим характеристикам догнали ЭВМ предыдущего поколения. Произошло одновременное улучшение, казалось бы, несовмести-мых характеристик: резкий рост производительности и памяти ЭВМ при значительном уменьшении их массогабаритных пара-метров и потребляемой мощности. Именно в этот период термин компьютер вошел в отечественную техническую литературу и повседневную жизнь.

Компьютерная техника развивалась по нескольким на-правлениям. Миниатюрные однокристальные процессоры, рабо-тающие в автоматическом режиме и не требующие обслужива-ния, стали встраивать в различные системы управления и диагно-стики. Это значительно улучшило характеристики технологиче-ских процессов и законченных изделий, начиная от космических аппаратов, локомотивов, автомобилей, и кончая бытовой техни-кой и игрушками. Например, современные автомобили содержат от 10 до 30 процессоров, обеспечивающих безопасность движе-ния, диагностику основных узлов и экономию расхода топлива. А любая современная игрушка буквально нашпигована управляю-щей электроникой.

Второе направление развития проходило под лозунгом: "компьютер - на каждое рабочее место" и "компьютер - каждому учащемуся". Эти компьютеры, которые назвали ПК, избавили человека от рутинного труда. После создания всемирной паутины - сети Интернет ПК обеспечили доступ пользователя к разнооб-разной информации, начиная от погоды и курса валют, и кончая возможностью посещения музеев и библиотек, не сходя с рабоче-го места. Естественно, ПК также прочно вошли во многие дома.

Затем разработали ПК (Notebook), которые можно носить с собой, подключать в другие сети, и работать где угодно. Сле-дующее поколение - карманные персональные компьютеры, ко-торые имеют размеры записной книжки, Их рынок резко увели-чивается.

Третье направление развития компьютеров связано с воз-росшими требованиями науки и техники. Для анализа сложных физических, метеорологических, биологических процессов, а так-же для управления сложными объектами необходимо решать системы сложных уравнений и обрабатывать в реальном масшта-бе времени громадные объемы информации. Для решения этих задач были созданы супер-ЭВМ, построенные на множестве сверхбыстродействующих процессоров, позволяющих распарал-леливать сложные задачи, в том числе расшифровать геном чело-века в 2001 г., замена дорогие эксперименты в ядерной технике на их моделирование. Управление системами обороны и преду-преждения, оценка влияния озоновых дыр на климат Земли, эф-фективное управление железнодорожным транспортом в нашей стране - все это было бы невозможно без супер-ЭВМ.