Kāda ir atšķirība starp mikroshēmām, sākot no patēriņa klases līdz kosmosa klases?

Mikroshēmu pakāpes sadalījums faktiski ir mikroshēmu lietošanas vides skarbuma sadalījums. Mūsu izplatītās mikroshēmas parasti tiek iedalītas četrās kategorijās: civilā (patērētāju kategorija), rūpnieciskā kategorija, automobiļu kategorija un militārā (aviācijas un kosmosa kategorija). Pašlaik augstākās specifikācijas mikroshēma, kurai mēs varam piekļūt, ir automašīnas specifikācijas mikroshēma. Salīdzinot ar patērētājiem paredzētām mikroshēmām, automobiļu kvalitātes mikroshēmas var izturēt ekstremālākas temperatūras un lietošanas vidi.

Tā kā militārās un automašīnu klases mikroshēmas ir tik jaudīgas, vai ar to nepietiktu, ja visas mikroshēmas pēc iespējas atbilstu augstas kvalitātes mikroshēmu standartiem?

Mikroshēmu šķirošana nav tik vienkārša. Tas faktiski ietver visu ķēdes projektēšanas procesu, ražošanas procesu un galīgo iepakošanu un mikroshēmu testēšanu. Augsta standarta mikroshēmas var nebūt piemērotas cita līmeņa vidēm. Pirmkārt, mikroshēmas ar augstākām specifikācijām bieži nozīmē augstākas cenas, un, maksājot par neiespējamiem pielietojuma scenārijiem, tiks samazināta mikroshēmu rentabilitāte. Turklāt nav tā, ka jo augstāks ir mikroshēmas līmenis, jo ātrāks apstrādes ātrums. Dažreiz mikroshēma upurēs daļu no veiktspējas, lai netiktu avārija, saskaroties ar īpašiem lietojumprogrammu scenārijiem.

Vienkārši runājot, atlaišanas dizains ir paredzēts, lai palielinātu mikroshēmas uzticamību apmaiņā pret resursu ieguldījumu palielināšanu.

Lieku ķēžu esamība mikroshēmā nav veltīgi, jo, saskaroties ar nezināmiem uzdevumiem, mikroshēma ir pilnībā jāsagatavo, lai īpašos apstākļos samazinātu dīkstāves iespēju. Mikroshēmu dizaina eksperti skaidro lieko shēmu: "Mēs varam pielāgot sistēmu tā, lai starp procesoru un atmiņu būtu pietiekami daudz buferizācijas, lai pat tad, ja atmiņa ir maksimāli noslogota un ir maksimāla transakciju plūsma starp procesoru un atmiņas latentumu, tad procesors var aptvert daudzus darījumu jautājumus." Noteiktas liekas kešatmiņas var novērst avārijas, kad atmiņa pārplūst, apstrādājot liela mēroga paralēlus uzdevumus. Turklāt tādu pašu efektu var panākt arī atmiņas dublēšanas projektēšanai.

Protams, lieko ķēžu projektēšana nav vienkārša kopēšana un ielīmēšana. Piemēram, mikroshēmu rūpnīca var palielināt apstrādes jaudas rezervi dažos apstrādes procesos, piemēram, iepriekšminētajā liekajā atmiņā un kešatmiņā, kas var ļaut mikroshēmai savlaicīgi tikt galā ar bufera laika problēmām un iespējamām izmaiņām; atlaišana var būt arī neobligāta. Nobriedis IP kodols, lai gan tas ne vienmēr ir ātrākais skaitļošanas ātrums, var palielināt uzticamību; dublēšana var arī ļaut procesoram pieņemt stabilu stratēģiju, nevis efektīvu stratēģiju, aprēķinot noteiktus algoritmus, cik vien iespējams Izvairieties no kaitējuma, ko rada aprēķinu kļūdas.

Kopumā atlaišana nav lieka. Inženieri autonomās braukšanas jomā šajā nozarē ir norādījuši: "Daudzi dizaina aspekti ir īkšķa noteikumi. Viņi var pieprasīt 30% rezervi, lai nodrošinātu laika buferi. Tas var tikt galā ar neparastiem apstākļiem, kas rodas fiziskajā projektā. Šī rezerve nekādā ziņā nav izšķērdība, drīzāk kā apdrošināšana fiziskai konstrukcijai vai procesa kritiskām problēmām.

Pirms monokristāliskā silīcija gabals beidzot kļūst par mikroshēmu, ko mēs varam izmantot, tam ir jāiziet cauri projektēšanai, ražošanai, iepakošanai, testēšanai un citām saitēm. Viens no galvenajiem iepakojuma mērķiem ir aizsargāt iekšpusē esošo trauslo presformu no ārējās vides ietekmes.

Kā piemēru ņemiet kosmosa mikroshēmas. Parastas patērētāja klases mikroshēmas var nodrošināt pietiekamu aizsardzību, izmantojot plastmasas iepakojumus, savukārt kosmosa kvalitātes mikroshēmas bieži tiek iepakotas keramikā vai metālos, un iepakojums ir arī pārklāts ar misiņa slāni, lai izolētu kosmiskos starus un augstas temperatūras vidi. Lai samazinātu radiācijas radīto sekundāro ietekmi, iepakošanas laikā tiek iepildīta arī īpaša gāze.

Pašlaik automašīnas specifikācijas līmenis ir augstākā specifikācijas mikroshēma, ko patērētāji var redzēt. Spriežot pēc transportlīdzekļa noteikumu prasībām, tā darba temperatūrai ir jāsasniedz -40 grādi līdz 125 grādiem, kā arī jābūt zibensizturīgam, mitrumizturīgam un triecienizturīgam. Tāpēc automašīnām paredzētām skaidām, iepakojot, bieži ir jāņem vērā siltuma izkliedes un blīvēšanas problēmas. Pašlaik lielākā daļa automobiļu mikroshēmu ir iepakotas SIP. Lielākā daļa moduļu, kuriem nepieciešama augsta skaitļošanas stabilitāte, ir integrēti iepakojuma aizsardzībai. Tajā pašā laikā tiek samazināts sakaru attālums starp dažādiem moduļiem un tiek samazināta iespēja tikt ietekmētiem datu pārraides laikā.

Faktiski neatkarīgi no tā, vai tā ir rūpnieciskas, automobiļu vai militārās kosmosa klases mikroshēma, pēc vairākām sagatavošanas kārtām agrīnā stadijā beigās ir jāveic stingra atlase un pārbaude. Katras kategorijas mikroshēmas neražo mikroshēmu ražotāji, un tās ir pašapzīmogotas, un kategorijas ir jānosaka pēc apstiprināšanas attiecīgajās vietējās nodaļās.

Pašlaik mikroshēmas ir aptuveni iedalītas četrās kategorijās: patērētāja, rūpnieciskā, automobiļu un militārā (aviācijas) kategorijā. Dažādu klašu un specifikāciju mikroshēmām ir atšķirīgas prasības no dizaina līdz iepakojumam un testēšanas posmiem, un arī lietošanas scenāriji ir diezgan atšķirīgi. Kopumā, jo augstākas ir mikroshēmas specifikācijas, jo vairāk mikroshēmu dublēšanas, jo stingrāka ir iepakojums un sarežģītāks un stingrāks testēšanas process.