Circuiti Integrati Architettura degli Elaboratori 1 A.A

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1 1 Circuiti Integrati Architettura degli Elaboratori 1 A.A Roberto Bisiani, 2000, 2001, 2002, Fabio Marchese marzo 2003

2 2 Circuiti integrati Costruzione di circuiti (logici e non) su un substrato di silicio Non solo la parte attiva ma anche le connessioni tra le porte Incredibile miglioramento nelle prestazioni, nell affidabilita e nel costo dei circuiti

3 3 Circuiti integrati Sinonimi: chip, IC, integrato I componenti con molte porte devono contenere circuiti complessi con il minimo numero di connessioni esterne I segnali logici viaggiano in un IC con un certo ritardo che dipende dal tipo di tecnologia: lo stato dell arte commerciale e un ritardo intorno al nanosecondo (ns, 10-9 s, miliardesimi di secondo)

4 4 Costruzione dei circuiti integrati Il circuito viene trasportato su maschere fotografiche: molti chip uguali insieme (wafer). Il circuito viene, in molti passi, costruito aggiungendo e togliendo materiale in maniera selettiva Ciascun circuito viene staccato dagli altri e provato. Ciascun circuito viene inserito in un package package e collegato ai piedini esterni.

5 5 Classificazione SSI porte --- non piu usati MSI porte --- usati solo in prodotti a bassissima integrazione e costo LSI , ,000 porte --- usati in prodotti molto semplici VLSI piu di 100,000 porte --- gran parte dei componenti di un calcolatore moderno

6 6 Tecnologia oggi Commerciale: dimensioni: circa 0.1 µ Bit per chip (memorie) 256 Mbit

7 7 Esempi (Intel( Intel) CHIP DAT A MHZ NUMERO DI TRANSISTOR MEMORIA / , / , KB / , KB / ,000 1 MB / ,000 1 MB / , MB / ,000 4 GB / M 4 GB Pentium 3/ M 4 GB Pentium Pro 3/ M 4 GB Pentium II 5/ M 4 GB

8 Legge di Moore Il numero di transistor implementabili su un solo chip raddoppia ogni anno e mezzo (vedi sezione 1.3.1) 8

9 9 Fattori che limitano i miglioramenti della densita (1) litografia il problema e il costo, non la fattibilita : I dettagli non possono essere molto piu piccoli della lunghezza d onda della luce usata 0.19 µ e il limite inferiore se si usa luce si puo arrivare a dimensioni inferiori usando i raggi x: Difficili da mettere a fuoco; Costosi.

10 10 Fattori che limitano i miglioramenti della densita (2) Leggi fondamentali della fisica: Ci deve essere un numero sufficiente di elettroni perche un circuito possa funzionare; questo limite e stimato tra 0.1µ e 0.05µ. Energia elettrica: Fornire energia e rimuovere calore; ma maggiore e l integrazione minore e il voltaggio e la dissipazione: forse questo non sara un problema.

11 11 Packaging Da alcune decine fino a quasi mille connessioni (piedini). Dual-in in-line

12 12 Packaging,, altri esempi Package a 787 piedini di Sparc (Sun)

13 13 Packaging,, altri esempi Pentium II (SECC) Piuttosto che un package e una cartuccia multichip

14 Memoria, idea di base (SRAM) 14

15 15 Tecnologia usata dalle memorie Matrice di transistor (DRAM) word-line bit-line

16 16 Chip per implementare memorie

17 17 Tipi di RAM e ROM Tipo Categoria Modalità di Cancellazione Volatile Usi tipici cancellazione byte SRAM Read/write Elettrica Sì Si Livello 2 di cache DRAM Read/write Elettrica Sì Si Memoria principale ROM Read-only No No No Grandi volumi PROM Read-only No No No Piccoli volumi EPROM Readmostly Luce No No Prototipaggio ultravioletta EEPROM Readmostly Elettrica Sì No Prototipaggio Flash Read/write Elettrica No No Film per macchine fotografiche digitali