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目前製造計算機所採用的電子裝置是什麼

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WBOY原創
2022-07-25 10:37:5017337瀏覽

目前製造電腦所採用的電子元件是「超大規模積體電路」;超大規模積體電路是將大量電晶體組合到單一晶片的繼承電路,其密集程度大於大規模積體電路,計算機就使用關鍵裝置已經經歷了電子管時代、電晶體時代、積體電路時代,現在是大規模、超大規模積體電路時代。

目前製造計算機所採用的電子裝置是什麼

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目前製造電腦所採用的電子元件是什麼

電腦就使用關鍵元件已經經歷了電子管時代、電晶體時代、積體電路時代,現在是大規模、超大規模積體電路時代

目前,製造電腦所使用的電子元件是超大規模積體電路。超大規模積體電路是將大量電晶體組合到單一晶片的積體電路,其整合度大於大規模積體電路。整合的晶體管數在不同的標準中有所不同。從1970年代開始,隨著複雜的半導體以及通訊技術的發展,積體電路的研究發展也逐漸展開。

電腦裡的控制核心微處理器就是超大規模積體電路的最典型實例,超大規模積體電路設計(VLSI design),尤其是數位積體電路,通常採用電子設計自動化的方式進行,已經成為計算機工程的重要分支之一。

在一塊晶片上整合的元件數超過10萬個,或閘電路數超過萬閘的積體電路,稱為超大規模積體電路。超大規模積體電路是20世紀70年代後期研發成功的,主要用於製造記憶體和微處理機。 64k位元隨機存取記憶體是第一代超大規模積體電路,大約包含15萬個元件,線寬為3微米。

超大規模積體電路的整合度已達到600萬個電晶體,線寬達到0.3微米。以超大規模積體電路製造的電子設備,體積小、重量輕、功耗低、可靠性高。利用超大規模積體電路技術可以將一個電子分系統乃至整個電子系統「整合」在一塊晶片上,完成資訊擷取、處理、儲存等多種功能。例如,可以將整個386微處理機電路整合在一塊晶片上,整合度達250萬個電晶體。超大規模積體電路研製成功,是微電子技術的飛躍,大大推動了電子技術的進步,因而帶動了軍事技術和民用技術的發展。超大規模積體電路已成為衡量一個國家科學技術和工業發展水準的重要標誌,也是世界主要工業國家,特別是美國和日本競爭最激烈的一個領域。

擴展知識:超大規模積體電路的不足

由於技術規模不斷擴大,微處理器的複雜程度也不斷提高,微處理器的設計者已經遇到若干挑戰了。

  • 1、功耗、散熱:隨著元件整合規模的提升,單位體積產生的熱功率也逐漸變大,然而元件散熱面積不變,造成單位面積的熱耗散達不到要求。同時,單一電晶體微弱亞閾值電流造成的靜態功耗由於電晶體數量的大幅增加而變得日益顯著。人們提出了一些低功耗設計技術,例如動態電壓/頻率調節(dynamic voltage and frequency scaling (DVFS)),以降低耗散總功率。

  • 2、製程偏差:由於光刻技術受限於光學規律,更高精確度的摻雜以及蝕刻會變得更加困難,造成誤差的可能性會變大。設計者必須在晶片製造前進行技術仿真。

  • 3、更嚴格的設計法則:由於光刻和蝕刻製程的問題,積體電路佈局的設計規則必須更加嚴格。在設計佈局時,設計者必須隨時考慮這些規則。客製化設計的總開銷已經達到了一個臨界點,許多設計機構都傾向於始於電子設計自動化來實現自動設計。

  • 4、設計收斂:由於數位電子應用的時脈頻率趨於上升,設計者發現要在整個晶片上保持低時脈偏移更加困難。這引發了對多核心、多處理器架構的興趣(參見阿姆達爾定律)。

  • 5、成本:隨著晶粒尺寸的縮小,晶圓尺寸變大,單位晶圓面積上的晶粒數增加,這樣製造製程所用到的光掩模的複雜程度就急遽上升。現代高精度的光掩模技術十分昂貴。

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