ไมโครโปรเซสเซอร์เทียบกับวงจรรวม

ไมโครโปรเซสเซอร์ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเป็นหน่วยประมวลผลส่วนกลางแบบบูรณาการสูงได้แทรกซึมเข้าไปในเทคโนโลยีการคำนวณและการสื่อสารในขณะเดียวกันวงจรแบบบูรณาการได้ปฏิวัติเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์การหดตัวอย่างชาญฉลาดและการทอส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์นับไม่ถ้วนลงบนเวเฟอร์ซิลิคอนบทความนี้นำเสนอวิวัฒนาการการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างกระบวนทัศน์การจำแนกประเภทและแอปพลิเคชันที่แพร่หลาย

ถือได้ว่าเป็นรากฐานที่สำคัญของการคำนวณที่ทันสมัย ไมโครโปรเซสเซอร์ เป็นหลักที่มีขนาดกะทัดรัด แต่มีการประมวลผลกลางแบบบูรณาการ (CPU)โรงไฟฟ้าจิ๋วแห่งนี้รวมหลายล้านคนบางครั้งพันล้าน ทรานซิสเตอร์ทอผ้าพวกเขาเป็นวงจรลอจิกที่ซับซ้อนสถาปัตยกรรมของไมโครโปรเซสเซอร์มักจะครอบคลุมองค์ประกอบหลักเช่นหน่วยตรรกะเลขคณิต (ALU), ชุดควบคุม (Cu), ลงทะเบียนและแคชALU จัดการกับการดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะ;CU ตีความและดำเนินการตามคำแนะนำ;ลงทะเบียนเสนอการเข้าถึงที่เก็บข้อมูลอย่างรวดเร็วและแคชทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์ช่วยลดความล่าช้าระหว่าง CPU และหน่วยความจำหลัก

ความก้าวหน้าในการออกแบบและการผลิตไมโครโปรเซสเซอร์ได้นำไปสู่ยุคของโปรเซสเซอร์ที่มีการออกแบบหลายคอร์และหลายเธรดซึ่งเป็นการเพิ่มกำลังการประมวลผลและประสิทธิภาพแต่ละฟังก์ชั่นหลักอย่างอิสระในขณะที่มัลติเธรดช่วยให้การประมวลผลแบบหลายงานพร้อมกันซึ่งจะช่วยเพิ่มการประมวลผลแบบขนานอย่างมีนัยสำคัญไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทันสมัยยังมีคุณสมบัติเช่นหน่วยประมวลผลเวกเตอร์ (กุญแจสำหรับกราฟิกและการคำนวณทางวิทยาศาสตร์) โมดูลการเข้ารหัสความปลอดภัยและหน่วยการจัดการพลังงานขยายขอบเขตการใช้งาน

ไมโครโปรเซสเซอร์มีอยู่ทุกหนทุกแห่งสนับสนุนอุปกรณ์และระบบที่หลากหลายพวกเขามีบทบาทสำคัญในระบบฝังตัวตั้งแต่การจัดการการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมอย่างง่ายไปจนถึงการควบคุมหุ่นยนต์ที่ซับซ้อนในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและเซิร์ฟเวอร์พวกเขาเป็นกุญแจสำคัญในการประมวลผลข้อมูลความเร็วสูงและการดำเนินงานที่ซับซ้อนนอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยเช่นสมาร์ทโฟนแท็บเล็ตและอุปกรณ์สมาร์ทโฮมด้วยการถือกำเนิดของ Internet of Things (IoT) ไมโครโปรเซสเซอร์ได้กลายเป็นที่แพร่หลายซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทุกสิ่งตั้งแต่เซ็นเซอร์พื้นฐานไปจนถึงอุปกรณ์การสื่อสารที่ซับซ้อน

ความสำคัญของไมโครโปรเซสเซอร์อยู่ที่ความสามารถในการเปิดใช้งานการแปลงเป็นดิจิทัลและระบบอัตโนมัติด้วยการดำเนินการคำนวณที่ซับซ้อนและการดำเนินงานเชิงตรรกะพวกเขาเปิดลู่ทางที่ไร้ขีด จำกัด สำหรับนวัตกรรมเป็นแรงผลักดันให้วิวัฒนาการอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีดังนั้นไมโครโปรเซสเซอร์จึงเป็นเสาหลักในขอบเขตของอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยและเทคโนโลยีสารสนเทศทั้งในด้านเทคนิคและทางเทคนิค

การเดินทางของสถาปัตยกรรมไมโครโปรเซสเซอร์เป็นเรื่องราวของ symbiosis เทคโนโลยีที่มีความก้าวหน้าวงจรแบบบูรณาการเปลี่ยนจากจุดเริ่มต้นพื้นฐานเป็นระบบเขาวงกตในปัจจุบันในขั้นต้นไมโครโปรเซสเซอร์นั้นง่ายสถาปัตยกรรมของพวกเขาขึ้นอยู่กับประตูลอจิกพื้นฐานและหน่วยตรรกะทางคณิตศาสตร์ระดับประถมศึกษา (ALUS)เวอร์ชันแรก ๆ เหล่านี้ดำเนินการเลขคณิตพื้นฐานและการดำเนินการตรรกะความสามารถของพวกเขาถูก จำกัด โดยการลงทะเบียนขั้นพื้นฐานและการจัดเก็บน้อยที่สุด

ตามที่กฎหมายของมัวร์ขับเคลื่อนไปข้างหน้าทรานซิสเตอร์ย่อไมโครโปรเซสเซอร์เริ่มที่จะเติบโตรวมฟังก์ชั่นที่หลากหลายและขยายความกล้าหาญในการประมวลผลการเปลี่ยนแปลงนั้นชัดเจน: จาก 4 บิตและ 8 บิตไปจนถึงอาณาจักรที่กว้างขวางของไมโครโปรเซสเซอร์ 32 บิตและ 64 บิตการก้าวกระโดดในความยาวคำนี้ได้ประกาศยุคใหม่ของความสามารถในการประมวลผลข้อมูลที่ได้รับการปรับปรุงพิจารณาไมโครโปรเซสเซอร์ขนาด 64 บิต: ที่อยู่พื้นที่หน่วยความจำขนาดใหญ่จัดการชุดข้อมูลขนาดใหญ่และแอปพลิเคชันที่ซับซ้อนด้วยประสิทธิภาพที่เพิ่งค้นพบใหม่

ไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทันสมัยเป็นพรมที่ซับซ้อนนอกเหนือจาก ALU พื้นฐานพวกเขาครอบคลุมหน่วยจุดลอยตัวโดยเฉพาะ (FPU)หน่วยพิเศษเหล่านี้มีความเชี่ยวชาญในการจัดการงานที่หนักด้วยการดำเนินการแบบลอยตัวเช่นการคำนวณทางวิทยาศาสตร์หรือการแสดงผลกราฟิกด้วยประสิทธิภาพที่น่าทึ่ง

เมื่อเผชิญกับข้อ จำกัด ของร่างกายการออกแบบไมโครโปรเซสเซอร์ได้หันไปใช้เทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมเช่นมัลติคอร์และไฮเปอร์เธรดโปรเซสเซอร์แบบหลายคอร์โดยการทอคอร์ CPU หลายตัวลงบนชิปเดียว Excel ในการประมวลผลงานแบบขนานการออกแบบนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผลและการตอบสนองอย่างมีนัยสำคัญเทคโนโลยีการเธรดไฮเปอร์ช่วยเพิ่มความสามารถนี้ทำให้แต่ละแกนสามารถเล่นปาหี่หลายเธรดพร้อมกันผลักขอบเขตของการประมวลผลแบบขนาน

ในขอบเขตของเทคโนโลยีวงจรรวมการผลิตไมโครโปรเซสเซอร์ได้เปลี่ยนจากสเกลไมครอนลงไปสู่ชายแดนนาโนFINFET Technology ซึ่งเป็นสิ่งมหัศจรรย์ในการออกแบบทรานซิสเตอร์สามมิติไม่เพียง แต่ลดการรั่วไหลระหว่างทรานซิสเตอร์ แต่ยังช่วยให้การรวมทรานซิสเตอร์หนาแน่นขึ้นการก้าวกระโดดนี้ส่งผลให้ประสิทธิภาพและประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงขึ้นเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงเช่น 3D IC และการออกแบบ Chiplet, microprocessors catapult เพิ่มเติมในขอบเขตของพลังงานที่มากขึ้นการรวมที่สูงขึ้นและลดการใช้พลังงาน

ดังนั้นสถาปัตยกรรมไมโครโปรเซสเซอร์จึงมีการพัฒนาควบคู่ไปกับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีตั้งแต่ต้นกำเนิดที่เรียบง่ายไปจนถึงภูมิทัศน์ปัจจุบันของความซับซ้อนและความแรงสูงเชื้อเพลิงวิวัฒนาการนี้มีพลังในการคำนวณที่น่าทึ่งซึ่งหนุนแอพพลิเคชั่นระดับไฮเอนด์มากมายรวมถึง แต่ไม่ จำกัด เฉพาะปัญญาประดิษฐ์การวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่และการคำนวณประสิทธิภาพสูง

ไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีภูมิทัศน์ที่กว้างใหญ่และซับซ้อนสามารถแบ่งออกเป็นหลายกลุ่มหลักกลุ่มเหล่านี้มีความโดดเด่นด้วยวัตถุประสงค์ลักษณะประสิทธิภาพและสถานการณ์แอปพลิเคชัน: ไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงทั่วไป, ไมโครโปรเซสเซอร์แบบฝังตัว, โปรเซสเซอร์สัญญาณดิจิตอล (DSP) และไมโครคอนโทรลเลอร์

ในขอบเขตของไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงทั่วไปความสามารถรอบตัวเป็นกุญแจสำคัญได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดการกับงานคอมพิวเตอร์ในวงกว้างพวกเขามีตั้งแต่แอปพลิเคชันสำนักงานธรรมดาไปจนถึงการวิเคราะห์ข้อมูลที่ซับซ้อนและการประมวลผลกราฟิกโดดเด่นด้วยความถี่นาฬิกาที่สูงขึ้นขนาดแคชที่สำคัญและสถาปัตยกรรมไปป์ไลน์ขั้นสูงโปรเซสเซอร์เหล่านี้เป็นโรงไฟฟ้าพวกเขาพบสถานที่ของพวกเขาในเดสก์ท็อปแล็ปท็อปเซิร์ฟเวอร์และเวิร์กสเตชันซีรี่ส์หลักของ Intel และซีรี่ส์ Ryzen ของ AMD เป็นตัวอย่างของหมวดหมู่นี้พวกเขาโดดเด่นสำหรับประสิทธิภาพสูงและประสิทธิภาพการใช้พลังงานซึ่งได้รับการสนับสนุนด้วยเทคโนโลยีเช่นการประมวลผลแบบขนานการเพิ่มประสิทธิภาพแคชและการปรับความถี่แบบไดนามิก

ไมโครโปรเซสเซอร์แบบฝังและ DSPs บอกเล่าเรื่องราวที่แตกต่างปรับแต่งสำหรับสถานการณ์แอปพลิเคชันเฉพาะเช่นการประมวลผลเสียงและการประมวลผลภาพหรือการใช้งานการสื่อสารโปรโตคอลโปรเซสเซอร์เหล่านี้แตกต่างจากคู่ที่มีวัตถุประสงค์ทั่วไปDSPS ส่องแสงด้วยความสามารถในการรับส่งข้อมูลที่สูงขึ้นและการเร่งความเร็วฮาร์ดแวร์พิเศษเหมาะสำหรับสตรีมข้อมูลอย่างต่อเนื่องโปรเซสเซอร์แบบฝังตัวขนาดกะทัดรัดและประหยัดพลังงานเหมาะสำหรับพื้นที่ จำกัด และแอพพลิเคชั่นที่ไวต่อพลังงานที่พบในสมาร์ทโฟนอุปกรณ์ IoT และระบบยานยนต์Texas Instruments DSPS และ Snapdragon ของ Qualcomm เป็นเรื่องปกติของหมวดหมู่นี้

จากนั้นเรามีไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCUS) โรงไฟฟ้าขนาดกะทัดรัดในสิทธิของตนเองวงจรรวมเสาหินเหล่านี้รวมแกนไมโครโปรเซสเซอร์กับหน่วยความจำและพอร์ตอินพุต/เอาต์พุตที่ตั้งโปรแกรมได้ออกแบบมาสำหรับระบบอัตโนมัติของอุปกรณ์และเครื่องจักรพวกเขามีความหมายเหมือนกันกับการรวมที่สูงการใช้พลังงานต่ำและความน่าเชื่อถือMCUS ซึ่งฝังอยู่ในระบบจากเครื่องใช้ในบ้านไปจนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์และการควบคุมอุตสาหกรรมโดยทั่วไปจะมาพร้อมกับส่วนต่อพ่วงที่หลากหลายอินเทอร์เฟซเหล่านี้รองรับเซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์ต่าง ๆ ซึ่งเป็นตัวอย่างโดย Arduino และ STM32 Series ในการศึกษางานอดิเรกและการใช้งานอุตสาหกรรม

ไมโครโปรเซสเซอร์แต่ละประเภทที่มีจุดสนใจการออกแบบที่เป็นเอกลักษณ์และพื้นที่แอปพลิเคชันสะท้อนความหลากหลายและความสามารถในการปรับตัวของเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์อย่างไรก็ตามเมื่อเทคโนโลยีวิวัฒนาการเส้นแบ่งระหว่างหมวดหมู่เหล่านี้เบลอโปรเซสเซอร์ฝังตัวระดับสูงในขณะนี้เป็นคู่แข่งของประสิทธิภาพของวัตถุประสงค์ทั่วไปและไมโครคอนโทรลเลอร์บางตัวได้เริ่มรวมฟังก์ชั่นคล้าย DSP เพื่อจัดการอัลกอริทึมที่ซับซ้อนการบรรจบกันนี้สะท้อนให้เห็นถึงธรรมชาติของเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีหลายแง่มุม

วงจรรวม (IC) ซึ่งเป็นรากฐานที่สำคัญในขอบเขตของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนเกี่ยวกับศิลปะการหดตัวและการรวมกันเป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์มากมาย - transistors, ตัวต้านทาน, ตัวเก็บประจุความสำเร็จนี้เกิดขึ้นได้จากเทคนิคการประมวลผลเซมิคอนดักเตอร์ที่มีความซับซ้อนเช่นการถ่ายภาพด้วยแสงการแกะสลักและการสะสมไอสารเคมีวิธีการเหล่านี้ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถสร้างรูปแบบวงจรที่ซับซ้อนได้อย่างประณีตบนชิปขนาดเล็ก

การติดตามวิถีของวงจรรวมเผยให้เห็นการเดินทางจากการรวมขนาดเล็ก (SSI) ไปจนถึงความสูงเวียนหัวของการรวมขนาดใหญ่พิเศษ (ULSI)ความก้าวหน้านี้ไม่เพียง แต่คูณจำนวนทรานซิสเตอร์ต่อชิปเท่านั้นมันปฏิวัติอำนาจการประมวลผลและประสิทธิภาพการใช้พลังงานในขณะที่ลดต้นทุนพิจารณาไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทันสมัย: ซิลิคอนมาร์เวลที่อยู่อาศัยหลายพันล้านทรานซิสเตอร์ซึ่งเป็นสเกลที่ครั้งหนึ่งเคยถือว่าแปลกประหลาดในช่วงแรก ๆ ของวงจรบูรณาการ

ความสำคัญของวงจรรวมขยายออกไปไกลเกินกว่าความมหัศจรรย์ทางเทคนิคของพวกเขาอิทธิพลของพวกเขาแทรกซึมเข้าไปในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดและหกลงในภาคอื่น ๆ อีกมากมายใช้ขอบเขตคอมพิวเตอร์ที่ ICS วางไข่โปรเซสเซอร์ที่มีศักยภาพมากขึ้นและขยายความสามารถของหน่วยความจำซึ่งเป็นเชื้อเพลิงวิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์และเซิร์ฟเวอร์ส่วนบุคคลในการสื่อสารพวกเขาเป็นวีรบุรุษที่เงียบอยู่เบื้องหลังสมาร์ทโฟนเราเตอร์ไร้สายและลิงก์ดาวเทียมนอกเหนือจากสิ่งเหล่านี้การเข้าถึงของพวกเขาขยายไปถึงอุปกรณ์การแพทย์เทคโนโลยียานยนต์การบินและอวกาศและแม้แต่เครื่องใช้ในครัวเรือนการประมวลผลข้อมูลขั้นสูงในเครื่องสแกน MRI และ CT?มรดกโดยตรงของวงจรรวม

วงจรแบบบูรณาการเป็นมากกว่าแค่ความมหัศจรรย์ทางเทคโนโลยีพวกเขาเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางสังคมและเศรษฐกิจพวกเขาทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีขนาดกะทัดรัดมีประสิทธิภาพและฉลาดขึ้นพวกเขาวางรากฐานสำหรับโลกาภิวัตน์และการเกิดขึ้นของสมาคมข้อมูลในสาระสำคัญการแพร่กระจายและความก้าวหน้าของวงจรแบบบูรณาการมีความสำคัญมากในการส่งเสริมความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่

ในขอบเขตที่หลากหลายของวงจรรวม (ICS) สามประเภทหลักที่โดดเด่น: อะนาล็อกดิจิตอลและไฮบริดดิจิตอล-อะนาล็อกแต่ละคนมีฟังก์ชั่นที่แตกต่างกันตอกย้ำอิทธิพลมากมายของสิ่งจำเป็นทางอิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้

วงจรรวมแบบอะนาล็อกเก่งในการจัดการสัญญาณที่แตกต่างกันอย่างต่อเนื่องศูนย์กลางของโดเมนของพวกเขาคืองานเช่นการขยายสัญญาณการกรองและการปรับความถี่พิจารณาแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ - ไอคอน IC แบบอะนาล็อกมันมีบทบาทสำคัญในระบบเสียงและอินเทอร์เฟซเซ็นเซอร์ไอซีเหล่านี้ยังส่องแสงในแอมพลิฟายเออร์ความถี่วิทยุและเครื่องขยายสัญญาณทางชีวภาพในอุปกรณ์การแพทย์แสดงให้เห็นถึงความเก่งกาจที่น่าประทับใจ

ในทางตรงกันข้ามอย่างสิ้นเชิงวงจรรวมดิจิตอลมีความเชี่ยวชาญในการประมวลผลสัญญาณดิจิตอลแบบไบนารีแบบไบนารีพวกเขาก่อให้เกิดปมของโลกเทคโนโลยีของเราด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ชิปหน่วยความจำและประตูตรรกะที่แกนกลางของพวกเขาICS เหล่านี้เป็นพัลส์ของคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อัจฉริยะที่เจริญรุ่งเรืองในงานที่มีความเร็วสูงและมีความแม่นยำสูงมองเห็น CPU ของสมาร์ทโฟนหรือ RAM ของคอมพิวเตอร์ - epitomes ของดิจิตอล ICS

การเชื่อมต่อโลกเหล่านี้คือไอซีไฮบริดแบบดิจิตอล-อะนาล็อกพวกเขาเก่งในการจัดการสัญญาณแบบอะนาล็อกและดิจิตอลและเป็นส่วนสำคัญของสมาร์ทโฟนกล้องดิจิตอลและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์โดยทั่วไปจะแสดงเป็นตัวแปลงแบบอะนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC) และตัวแปลงดิจิตอลเป็นอะนาล็อก (DAC) พวกเขามีบทบาทสำคัญในการประมวลผลเสียงและการจับภาพ

ประเภท IC เหล่านี้สะท้อนให้เห็นถึงความสามารถในการปรับตัวและความหลากหลายของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ในขณะที่เทคโนโลยีดำเนินไปการบูรณาการ ICS เหล่านี้กับความก้าวหน้าของชิปเดี่ยวตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์ที่ทันสมัยสำหรับประสิทธิภาพการย่อขนาดและประสิทธิภาพการใช้พลังงานอิทธิพลที่แพร่หลายของพวกเขาสัมผัสทุกอย่างตั้งแต่ระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมไปจนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนบุคคลรวมเข้ากับชีวิตประจำวันของเราอย่างราบรื่น

การผลิตวงจรแบบบูรณาการเป็นการออกกำลังกายอย่างแม่นยำและมีความซับซ้อนมันเกี่ยวข้องกับขั้นตอนโดยละเอียดตั้งแต่การเตรียมเวเฟอร์ไปจนถึงบรรจุภัณฑ์และการทดสอบขั้นสุดท้ายมาเจาะลึกลงไปในขั้นตอนสำคัญเหล่านี้:

การเตรียมเวเฟอร์: ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยการเตรียมเวเฟอร์ซิลิคอนซิลิคอนได้รับการยกย่องในคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์เป็นพื้นฐานในการผลิต ICเวเฟอร์เหล่านี้มาจากแท่งซิลิกอนผลึกเดี่ยวได้รับการขัดอย่างเข้มงวดสำหรับพื้นผิวที่ปราศจากข้อบกพร่อง

Photolithography and Etching: จากนั้นความสนใจจะเปลี่ยนไปเป็นเวเฟอร์ซึ่งรูปแบบวงจรเกิดขึ้นผ่านการถ่ายภาพด้วยแสงกระบวนการที่ซับซ้อนนี้เกี่ยวข้องกับการเคลือบแผ่นเวเฟอร์ใน photoresist จากนั้นเปิดเผยกับแสง UV โดยใช้หน้ากากการแกะสลักที่ตามมาไม่ว่าจะเป็นสารเคมีหรือพลาสมาที่ใช้เป็นรูปแบบที่ต้องการลงบนเวเฟอร์

ยาสลบ: ที่นี่ยาสลบแนะนำสิ่งสกปรกในเวเฟอร์ซิลิคอนเปลี่ยนการนำไฟฟ้าขั้นตอนนี้สร้างเซมิคอนดักเตอร์ประเภท P และ N-type โดยใช้การแพร่กระจายหรือการฝังไอออน

การสะสมไอสารเคมี (CVD): CVD เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสร้างชั้นแต่ละชั้นบนเวเฟอร์มีบทบาทสำคัญในการสร้างส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์เช่นทรานซิสเตอร์และตัวเก็บประจุ

การเชื่อมต่อและการกำหนดเส้นทาง: เฟสนี้เกี่ยวข้องกับการสร้างร่องรอยโลหะบนชิปและเชื่อมต่อส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่แตกต่างกัน

ในขอบเขตของวงจรรวมความซับซ้อนครองราชย์หัวใจสำคัญของสิ่งมหัศจรรย์เหล่านี้คือการพึ่งพาคุณสมบัติทางกายภาพที่ซับซ้อนของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ภายในของพวกเขาควบคู่ไปกับหลักการออกแบบวงจรที่ซับซ้อนทรานซิสเตอร์ในบทบาทของพวกเขาในฐานะองค์ประกอบที่สำคัญของการทำงานของวงจรพวกเขาจัดการกับกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าอย่างคล่องแคล่วทำให้ฟังก์ชั่นที่หลากหลายเช่นการขยายสัญญาณการกรองและการดำเนินการตรรกะสาระสำคัญของการดำเนินงานเหล่านี้คือการเต้นรำที่มีความแม่นยำและความซับซ้อน

ทรานซิสเตอร์: รากฐานที่สำคัญของวงจรบูรณาการทรานซิสเตอร์มักจะปรากฏเป็นทรานซิสเตอร์ผลกระทบภาคสนาม (FET) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมทัล-ออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์ทรานซิสเตอร์ฟิลด์เอฟเฟกต์ (MOSFET)ธรรมชาติคู่เป็นสวิตช์และเครื่องขยายเสียงนั้นน่าสนใจเป็นสวิตช์มันควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าในฐานะแอมพลิฟายเออร์มันช่วยเพิ่มความแรงของสัญญาณการดำเนินการของมันขึ้นอยู่กับการควบคุมแรงดันไฟฟ้าของเกตเหนือเส้นทางการนำไฟฟ้าดังนั้นจึงนำการเดินทางของปัจจุบันผ่านแหล่งกำเนิดและท่อระบายน้ำ

ประตูตรรกะ: นี่คือการสร้างบล็อกของวงจรรวมดิจิตอลซึ่งครอบคลุมและหรือไม่ใช่ประตูสร้างขึ้นจากทรานซิสเตอร์หลายตัวพวกเขาดำเนินการตามตรรกะพื้นฐานวงจรรวมใช้ประโยชน์จากสิ่งเหล่านี้เพื่อเจาะลึกการประมวลผลข้อมูลที่ซับซ้อนและการตัดสินใจ

ส่วนประกอบวงจรอะนาล็อก: ในอาณาจักรอะนาล็อกส่วนประกอบเช่นทรานซิสเตอร์ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุจัดการการลดลงและการไหลของสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องพิจารณาแอมพลิฟายเออร์การดำเนินงาน: วงจรรวมแบบอะนาล็อกทั่วไปที่ใช้งานได้เช่นงานเช่นการขยายสัญญาณและการกรอง

การแปลงสัญญาณ: การผสมผสานของโลกดิจิตอลและอะนาล็อกในวงจรรวมไฮบริดจะเห็นตัวแปลงแบบอะนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADCs) และตัวแปลงดิจิตอลเป็น Analog (DACs) ในฐานะผู้เล่นที่สำคัญพวกเขาเชื่อมช่องว่างระหว่างอาณาจักรแบบอะนาล็อกและดิจิตอลทำให้ระบบดิจิตอลสามารถโต้ตอบกับโลกที่จับต้องได้

องค์ประกอบการจัดเก็บ: วงจรรวมยังมีองค์ประกอบการจัดเก็บข้อมูลข้อมูลเช่นหน่วยความจำแฟลชหรือหน่วยความจำแบบสุ่มแบบไดนามิก (DRAM)องค์ประกอบเหล่านี้ผ่านซิมโฟนีของทรานซิสเตอร์และตัวเก็บประจุจัดเก็บและดึงข้อมูล

โดยสรุปวงจรรวมเป็นพรมของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ออกแบบโดยแม่นยำความซับซ้อนและประสิทธิภาพของพวกเขาขึ้นอยู่กับปริมาณการกำหนดค่าและการเชื่อมต่อระหว่างกันของทรานซิสเตอร์เชื่อมโยงกับการออกแบบวงจรนวัตกรรมในขณะที่เทคโนโลยีการผลิตวิวัฒนาการวงจรเหล่านี้มีขนาดเล็กลงเรื่อย ๆ บรรจุฟังก์ชั่นมากขึ้นในพื้นที่ที่มีขนาดเล็กกว่าวิวัฒนาการนี้เป็นแรงผลักดันให้มีการเดินขบวนอย่างไม่หยุดยั้งของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ผลักดันขอบเขตของนวัตกรรมอย่างต่อเนื่อง

วงจรรวม (ICS), หัวใจสำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มากมายดำเนินการสเปกตรัมของฟังก์ชั่นที่สำคัญการวิเคราะห์ต่อไปนี้ดำดิ่งลงในคุณสมบัติและแอปพลิเคชันที่สำคัญของพวกเขาคลี่คลายความซับซ้อนและการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันในยูทิลิตี้ของพวกเขา:

การขยายสัญญาณ: วงจรรวมมีความโดดเด่นในการออกแบบระบบเสียงวิดีโอและการสื่อสารพิจารณาแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการซึ่งเป็นวงจรรวมแบบอะนาล็อกทั่วไป แต่ทรงพลังพวกเขาเก่งในการเพิ่มสัญญาณปัจจุบันที่อ่อนแอในขณะที่รักษาเสถียรภาพซึ่งมีบทบาทสำคัญในอุปกรณ์การแพทย์เช่นเครื่องขยายเสียงการสื่อสารไร้สายและ electrocardiographs

การดำเนินการลอจิก: วงจรรวมดิจิตอลใช้เวทีกลางที่นี่ไมโครโปรเซสเซอร์และตัวประมวลผลสัญญาณดิจิตอล (DSPs) มีความสามารถในการจัดการการดำเนินงานตรรกะอย่างเชี่ยวชาญพวกเขามีตั้งแต่ประตูตรรกะพื้นฐาน (และหรือไม่) ไปจนถึงการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนโปรเซสเซอร์เหล่านี้เป็นส่วนสำคัญของคอมพิวเตอร์สมาร์ทโฟนและอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง

ที่เก็บหน่วยความจำ: คิดว่าชิปหน่วยความจำหน่วยความจำการเข้าถึงแบบสุ่มแบบไดนามิก (DRAM) และหน่วยความจำการเข้าถึงแบบสุ่มแบบคงที่ (SRAM) ทำเครื่องหมายวิถีการพัฒนาที่สำคัญสำหรับแอปพลิเคชันวงจรรวมอุปกรณ์เหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการประมวลผลข้อมูลและการจัดเก็บข้อมูลและเป็นพื้นฐานของการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์อุปกรณ์มือถือและเทคโนโลยีดิจิตอลอื่น ๆ

การแปลงข้อมูล: การทำงานร่วมกันของดิจิตอลและอะนาล็อกวงจรรวมไฮบริดเช่นตัวแปลงแบบอะนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADCs) และตัวแปลงดิจิตอลเป็นอะนาล็อก (DACs) มีความสำคัญอย่างยิ่งในการแปลงสัญญาณการใช้อุปกรณ์เสียงเซ็นเซอร์ภาพและเครื่องมือสื่อสารอย่างแพร่หลายของพวกเขาเน้นบทบาทที่สำคัญในการแปลงสัญญาณที่แม่นยำ

อินเทอร์เฟซการสื่อสาร: ICS ยังเปล่งประกายในการปลอมแปลงอินเทอร์เฟซการสื่อสารและโปรโตคอลพิจารณา Ethernet, USB, Wi-Fi และ Bluetooth Chips ซึ่งเป็นฟันเฟืองที่มีความมั่นใจในการทำงานร่วมกันของอุปกรณ์ที่ทันสมัย

บทบาทของวงจรบูรณาการเน้นย้ำความเก่งกาจและการปรากฏตัวที่แพร่หลายในเทคโนโลยีร่วมสมัยซึ่งประกอบไปด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภคระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมอุปกรณ์การแพทย์และระบบการสื่อสาร ICS เป็นข้อเท็จจริงของฟังก์ชั่นที่ซับซ้อนและประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในขณะที่เทคโนโลยีดำเนินไปแอปพลิเคชัน IC ขยายตัวเข้าสู่ AI, Internet of Things และยานพาหนะอิสระ, ขับเคลื่อนนวัตกรรมอิเล็กทรอนิกส์ไปข้างหน้าอย่างไม่ลดละ

ที่แกนกลางไมโครโปรเซสเซอร์โดดเด่นเป็นตัวแปรที่ไม่ซ้ำกันและสลับซับซ้อนของวงจรรวมในขั้นต้นมันทำหน้าที่เป็นหน่วยประมวลผลส่วนกลาง (CPU) ภายในคอมพิวเตอร์หรือระบบฝังตัวชิปแบบบูรณาการสูงนี้เต็มไปด้วยทรานซิสเตอร์หลายพันตัวจัดการงานการคำนวณหลัก - คิดว่าการดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะคำแนะนำการควบคุมและการกำกับการไหลของข้อมูลหัวใจของไมโครโปรเซสเซอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบที่สำคัญหลายอย่าง: ชุดควบคุม (Cu), หน่วยตรรกะเลขคณิต (ALU), ทะเบียนและแคชองค์ประกอบเหล่านี้ทำงานร่วมกันจัดเตรียมการประมวลผลข้อมูลที่ซับซ้อนและฟังก์ชั่นการควบคุม

ในทางตรงกันข้ามอย่างสิ้นเชิงวงจรรวมตัวนั้นมีตาข่ายที่กว้างขึ้นดินแดนของพวกเขาขยายเกินกว่าไมโครโปรเซสเซอร์ครอบคลุมแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการชิปหน่วยความจำตัวจับเวลาและสเปกตรัมของวงจรอะนาล็อกและดิจิตอลวงจรรวมสาขาเป็นสามหมวดหมู่: อะนาล็อกดิจิตอลและสัญญาณผสม (ผสมส่วนประกอบอะนาล็อกและดิจิตอล)แต่ละประเภทพบช่องในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ตั้งแต่ความเรียบง่ายของนาฬิกาอิเล็กทรอนิกส์ไปจนถึงความซับซ้อนของโทรศัพท์มือถือและคอมพิวเตอร์

การเจาะลึกลงไปในการผลิตไมโครโปรเซสเซอร์และวงจรรวมอื่น ๆ แบ่งปันเชื้อสายทั่วไปในกระบวนการผลิตของพวกเขาบัลเล่ต์ที่ซับซ้อนของการสร้างสรรค์นี้เกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอน: การเตรียมเวเฟอร์ซิลิคอน, โฟโต้โทโลจ์, การปลูกถ่ายไอออน, การแกะสลักและการทำให้เป็นโลหะกระนั้นไมโครโปรเซสเซอร์ต้องการระดับสูงกว่าของความแม่นยำในการผลิตและการควบคุมกระบวนการความซับซ้อนของพวกเขาเรียกร้องให้มีการย่อขนาดทรานซิสเตอร์ขั้นสูงและจำนวนทรานซิสเตอร์ที่เพิ่มขึ้นต่อชิปในขณะที่กฎของมัวร์เดินไปข้างหน้าโดยมีจำนวนทรานซิสเตอร์เกี่ยวกับไมโครโปรเซสเซอร์เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุก ๆ 18 ถึง 24 เดือนความท้าทายในการออกแบบวงจรแบบบูรณาการและการผลิตก็เพิ่มขึ้น

ไมโครโปรเซสเซอร์แม้ว่าสมาชิกของตระกูลวงจรบูรณาการมีลักษณะเฉพาะกำลังการคำนวณความซับซ้อนในการออกแบบและข้อกำหนดการผลิตที่เข้มงวดทำให้แยกออกจากกันรูปร่างที่ไม่เหมือนใครนี้ทำให้ไมโครโปรเซสเซอร์เป็นส่วนสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และมีบทบาทสำคัญในการประมวลผลข้อมูลความเร็วสูงและการควบคุมอัจฉริยะ

อาณาจักรของไมโครโปรเซสเซอร์และวงจรรวมเชื่อมโยงกัน แต่แตกต่างอย่างลึกซึ้งในสาระสำคัญของพวกเขายูทิลิตี้ทรงกลมของการใช้งานความซับซ้อนขนาดขนาดชิปและวิธีการปฏิบัติงาน

ไมโครโปรเซสเซอร์: อุปกรณ์นี้ยืนเป็นวงจรรวมที่มีความซับซ้อนและมีหลายแง่มุมโดยพื้นฐานแล้วสมองของคอมพิวเตอร์หรือระบบฝังตัวส่วนใหญ่เล่นกลกับงานเลขคณิตและตรรกะจัดการข้อมูลและจัดซิมโฟนีของวงจรและอุปกรณ์อื่น ๆสถาปัตยกรรมของไมโครโปรเซสเซอร์มีคอร์แคชและอินเทอร์เฟซสำหรับอินพุต/เอาต์พุตหลายตัวซึ่งเป็นข้อพิสูจน์ถึงความซับซ้อน

วงจรรวม: ในทางกลับกันวงจรรวม morphs ผ้าม่านขององค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ - ตัวต้านทาน, ตัวเก็บประจุ, ทรานซิสเตอร์ - ลงบนฐานเซมิคอนดักเตอร์, โดยทั่วไปคือซิลิคอนบทบาทของพวกเขาคือการเข้าถึงอย่างกว้างขวางขยายการขยายสัญญาณการจัดเก็บข้อมูลการควบคุมพลังงานการแปลงสัญญาณและอื่น ๆ

ไมโครโปรเซสเซอร์เก่งในเวทีเรียกร้องการจัดการข้อมูลที่ซับซ้อนและความกล้าหาญในการคำนวณ - คิดว่าคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลเซิร์ฟเวอร์สมาร์ทโฟนและระบบฝังตัว

ในทางกลับกันวงจรแบบบูรณาการเฟื่องฟูไปทั่วสเปกตรัมที่กว้างขึ้นยูทิลิตี้ของพวกเขามีตั้งแต่ความเรียบง่ายของตัวจับเวลาและตัวควบคุมพลังงานไปจนถึงความซับซ้อนของระบบการสื่อสารที่ซับซ้อนและคอมพิวเตอร์ที่มีความสามารถสูง

ไมโครโปรเซสเซอร์ที่เต็มไปด้วยทรานซิสเตอร์นับล้านถึงพันล้านตัวโน้มตัวไปสู่ความซับซ้อนที่มากขึ้นสัดส่วนที่ใหญ่กว่านั้นเป็นที่พักที่จำเป็นสำหรับคุณสมบัติที่ขยายตัวและความสามารถในการประมวลผลที่มีศักยภาพ

ในขณะเดียวกันวงจรรวมก็สำรวจสเปกตรัมจากความเรียบง่ายโดยมีส่วนประกอบเพียงไม่กี่ชิ้นไปยังคอมเพล็กซ์ที่ซับซ้อนอย่างมากเต็มไปด้วยทรานซิสเตอร์นับล้านขนาดของพวกเขาแตกต่างกันไปตามลำดับ

ในขอบเขตของประเภทชิปไมโครโปรเซสเซอร์เป็นตัวแทนของหมวดหมู่เอกพจน์มุ่งเน้นไปที่การประมวลผลข้อมูลอย่างตั้งใจเรียกร้องการเขียนโปรแกรมที่ซับซ้อนและคำสั่งควบคุม

อย่างไรก็ตามวงจรรวมนำเสนอจานสีที่มีสีสันมากขึ้น: ดิจิตอลอะนาล็อกและลูกผสมวิธีการปฏิบัติงานของพวกเขาเต้นเพื่อปรับความตั้งใจในการออกแบบและฟังก์ชั่น

ไมโครโปรเซสเซอร์ในขณะที่ตัวแปรวงจรแบบบูรณาการเฉพาะศูนย์อยู่ในข้อมูลเกี่ยวกับการกระทืบข้อมูลและการคำนวณวงจรแบบบูรณาการที่มีแนวคิดที่กว้างขึ้นให้ความสำคัญกับแอพพลิเคชั่นและฟังก์ชั่นที่หลากหลายมากขึ้นความแตกต่างเหล่านี้สะท้อนบทบาทที่เป็นเอกลักษณ์และความสำคัญที่สำคัญในโลกของระบบอิเล็กทรอนิกส์

จุดเริ่มต้นของความแตกต่างระหว่างไมโครโปรเซสเซอร์และวงจรรวมอยู่ที่ยึดมั่นในความตั้งใจในการออกแบบความซับซ้อนของโครงสร้างและกรอบสถาปัตยกรรมองค์ประกอบเหล่านี้รวบรวมบทบาทและประสิทธิภาพของพวกเขาในระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่สลับซับซ้อน

ไมโครโปรเซสเซอร์: สร้างขึ้นด้วยความแม่นยำสำหรับความพยายามในการคำนวณทั่วไป - การจัดการข้อมูลการคำนวณและการดำเนินการตามคำสั่งพวกเขายืนเป็นสติปัญญาของคอมพิวเตอร์และเฟรมเวิร์กฝังตัวถอดรหัสและออกคำสั่งซอฟต์แวร์

วงจรรวม: เหมาะสำหรับบทบาทที่แตกต่างกัน - การเพิ่มสัญญาณการจัดเก็บข้อมูลการกำกับดูแลพลังงานหรือการแปลงสัญญาณการออกแบบของพวกเขามักจะเป็นเอกพจน์ในการโฟกัสแสดงให้เห็นว่าเป็นหน่วยงานเฉพาะเช่นแอมพลิฟายเออร์ไอซีโมดูลหน่วยความจำหรืออินเทอร์เฟซการสื่อสาร

ไมโครโปรเซสเซอร์เกิดขึ้นอย่างละเอียดยิ่งขึ้นโครงสร้างที่เต็มไปด้วยทรานซิสเตอร์ในหลายล้านหรือพันล้านสถาปัตยกรรมภายในของพวกเขาคือเขาวงกตของคอร์ระบบแคชกลยุทธ์หน่วยความจำและกลไกอินพุต/เอาต์พุตที่หลากหลาย

ในทางตรงกันข้ามวงจรรวมแสดงสเปกตรัมของความซับซ้อนบางส่วนเป็นองค์ประกอบที่มีส่วนประกอบไม่เพียงพอในขณะที่บางส่วนคล้ายกับหน่วยประมวลผลกราฟิกใกล้กับความซับซ้อนของไมโครโปรเซสเซอร์

สถาปัตยกรรมไมโครโปรเซสเซอร์ตอบสนองต่องานคอมพิวเตอร์ทั่วไปที่หลากหลายซึ่งมักจะถูกหยั่งรากในสถาปัตยกรรมชุดคำสั่งที่ซับซ้อน (เช่น x86, แขน)พวกเขาอำนวยความสะดวกในการทำงานหลายอย่างการประมวลผลแบบขนานและการซ้อมรบข้อมูลที่ซับซ้อน

ในทางกลับกันสถาปัตยกรรมของวงจรรวมเป็นกระจกที่มีความต้องการการทำงานเฉพาะใช้วงจรแอมพลิฟายเออร์แบบอะนาล็อก: มันรวมเอาสิ่งที่จำเป็นสำหรับการขยายสัญญาณและการประมวลผลชิปหน่วยความจำในขณะเดียวกันศูนย์ในการจัดเก็บข้อมูลและการดึงข้อมูล

ในขณะที่ไมโครโปรเซสเซอร์เป็นวงจรแบบบูรณาการหลายแง่มุมที่ได้รับการฝึกฝนสำหรับงานคอมพิวเตอร์ที่หลากหลายการแบ่งขั้วนี้ตอกย้ำบทบาทและความสำคัญที่หลากหลายในขอบเขตของอิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีการคำนวณ

ด้วยการเจาะลึกเข้าไปในวิวัฒนาการทางประวัติศาสตร์ความซับซ้อนของโครงสร้างและการจำแนกประเภทที่หลากหลายและการประยุกต์ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์และวงจรรวมเราค้นพบการเปิดเผยที่โดดเด่นเสาหลักของเทคโนโลยีคู่นี้ไม่เพียง แต่เร่งการใช้กำลังการประมวลผลพวกเขาปฏิวัตินวัตกรรมผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์พิจารณาการใช้งานที่แพร่หลายของพวกเขา: ความแพร่หลายของไมโครโปรเซสเซอร์และความสามารถในการปรับตัวทางเทคนิคของวงจรรวมส่องแสงเป็นพันธสัญญาสู่ความสามารถในการสร้างสรรค์นวัตกรรมที่ไร้ขอบเขตของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ในขณะที่เราเดินไปข้างหน้าในยุคของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างไม่หยุดยั้งไมโครโปรเซสเซอร์และวงจรรวมยืนเป็นบีคอนพวกเขาประกาศไม่เพียง แต่การเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในขอบเขตของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น แต่ยังสร้างเส้นทางใหม่เพื่อความก้าวหน้าทางสังคมของมนุษย์