6.4 Особенности конструирования бис и аппаратуры на их основе

Тенденция развития средств ВТ и элементной базы показывают, что для построения ЭВМ различных классов необходимо разрабатывать и использовать следующее:

1. БИС микропроцессорных комплектов или МПБИС , которые настраиваются прямым способом для микро и персональных ЭВМ, а так же контролеров ввода/вывода.

2. Полузаказные БИС на основе матричных кристаллов (БМК) Применяется для центр. обработки устройств ЭВМ систем средней и высокой производительности.

3. заказные БИС для ЭВМ наивысшей производительности, специализированных ЭВМ

4. Средние интегральные схемы (СИС) со структурами пассивных компонентов R и С.

Применяется для всех классов ЭВМ.

Наиболее перспективны БМК, а так же МБИС (матричные). При проектировании МБИС или МПБИС возникают все задачи, которые были описаны ранее (трассировка, компоновка, размещение)

Кристалл БИС – многослойная пластина, на которой реализуются активные и пассивные компоненты, их межсоединения, шины питания, земли и внешние выводы.

Особенностью МБИС является то, что вначале разрабатывался и изготавливался базовый матричный кристалл БМК.

Структура БМК:

4

3

5

1

2

БМК – содержит базовые и периферийные области, ячейки которых 3 и 5 состоят из компонентов. Выводы 1 внутри ячеек должны располагаться на периферии макроячеек 5 для облегчения условий трассировки. В больших БМК используют 2 слоя соединительной металлизации: 1 слой выделяется для функционирования топологических макроячеек 5 и периферийных ячеек 3, а так же для проведения сигнальных соединений и шин питания 2; во 2 слое сигнальные соединения проводят в ортогональном направлении, там же и шины земли 4. Переходы между слоями осуществляются с помощью контактных окон. Функциональные ячейки соединяются с внешним контактом площадки 1 через периферийные элементы 3. Одновременно с конструктивным БМК разрабатывается библиотека функциональных ячеек и их топологическая реализация. Функциональная ячейка строится на основе простейших элементов и эл.-компонентов. При проектировании ЭВМ схем описывается на уровне функциональных ячеек, которые могут быть расположены в любом месте БМК благодаря его регулярности. Задача конструктора – это реализация схем на БМК, а конечная цель – разработка шаблонов межсоединений. Таким образом, для различных БИС свои металлизации межсоединений являются переменными, а комплекты фотошаблонов для производства БМК постоянными.

Повышение плотности упаковки компонентов на кристаллах, объемов, реализации на них схем, и скорости переключения элементов возникают проблемы:

1. Рост количества внешних выводов БИС и субблоков.

2. Необходимость увеличения плотности упаковки для снижения потерь из-за задержек в линиях связи.

3. Переход к работе в гигагерцовом диапазоне.

4. Рост удельной мощности.

Наиболее существенная проблема – обеспечение требуемого количества внешних выводов от числа вентилей (логических элементов) N

Правило Рента:

Nв = , где = = 2,5 - 3,5 – среднее количество входов и выходов логического элемента.

p=0,5 - 0,75 – показатель Рента

При р=0,5 для БИС с N=1000 , 5000, 10000, 100000 требуется соотв. Nв =80 – 100,

175 – 245, 250 – 350, 1000