Introduction aux circuits intégrés

GIF-2000

Hiver 2013

Transistors comme les cellules de base

• Les Circuits intégrés utilisent le

transistor comme cellule de base

• Le transistor a été inventé en 1947

par william shockley et ses collègues

chercheurs de la compagnie

Bell Téléphone.

• Le premier MOSFET a été construit

en 1960.

• Aujourd'hui, la technologie CMOS

(Complementary MOS) est consideré comme l'élément fondamental des circuits intégrés, grâce à sa simplicité de fabrication et sa consommation extrêmement réduite.

Transistors comme les cellules de base

• Pour connaitre les limitations d’un circuit intégré comme la vitesse ou dissipation thermique, Il faut connaitre les caractéristiques du transistor.

Limitation de vitesse

M1

M2

tpHL ∝ (Rn C)

consommation d'énergie

Vin Vout

CL

Energy/transition = CL * Vdd2

Power = Energy/transition * f = CL * Vdd2 * f

Need to reduce CL, Vdd, and f to reduce power.

Vdd

Not a function of transistor sizes!

indépendant de la taille des transistors!!

Circuits intégrés

Intel Pentium 4 (2004)

Circuits intégrés •Dans les annees 50, les composants electroniques etaient

fabriques separement. •En 1958, Jack Kilby, employé par Texas Instruments, créait le tout premier circuit intégré •Kilby avait tout simplement relié entre eux différents transistors en les câblant à la main •Dans un circuit integre, les differents composants sont fabriques sur la meme piece de semiconducteur: c'est le circuit integre (IC)

Étapes de fabrication

Étapes de fabrication

Étapes de fabrication

Échelle d'intégration

L'échelle d'intégration définit le nombre de portes par boîtier

• SSI (small scale integration) petite : inférieur à 12

• MSI (medium) moyenne : 12 à 99

• LSI (large) grande : 100 à 9 999

• VLSI (very large) très grande : 10 000 à 99 999

• ULSI (ultra large) ultra grande : 100 000 et plus

Exemple: Microprocessors

Presentation:

60 YEARS OF THE TRANSISTOR

1947 – 2007

Intel

i7-3930K (Sandy Bridge-E)

Transistor count: 2.27 billion

Launch Date Q4'11 Instruction Set 64-bit

# of Cores 6 Lithography 32nm

Clock Speed 3.2

GHz Max TDP 130 W

Max Turbo

Frequency

3.8

GHz VID Voltage Range

0.600-

1.350V

Intel® Smart

Cache 12 MB

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Customer Price

$583 -

$594

Loi de Moore

• En avril 1965, 6 ans après l’invention du circuit intégré, Gordon Moore, co-fondateur d’Intel 3 ans plus tard, a fait une prédiction connue plus tard comme la loi de Moore: le nombre de transistors d’un circuit intégré doublera chaque année

• A ce moment, l’équipe de Moore travaillait à la conception d’un circuit à ... 60 transistors

• En 1975, Moore a fait passer à 2 ans la durée du cycle

• Dès la in des années 80, la durée du cycle est de 18 mois. Et la loi est appliquée à tous les paramètres de la technologie, notamment vitesse et performance

Densité de puissance

(tuyère de missile)

Une limite infranchissable?

Actuellement la gravure la plus fine en production est 22 nm, soit moins de 100 atomes de diamètre. Diamétre moyen d’un atome de silicium: .220 nm Il n'est pas possible de fabriquer quelque chose de plus petit qu'un atome Est-ce que c'est la fin?

References

• Technologie digitale, Eduardo Sanchez

www.diuf.unifr.ch/pai/ca/lectures/6.Technologie.pdf

• Wikipédia: http://fr.wikipedia.org

• www.intel.com

• Digital Integrated Circuits, J. Rabaey et al. Second Edition, ©2003