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CIRCUITOS DIGITALES
Profesor: Hernán Benítez
hbenitez@puj.edu.co
http://www2.eng.cam.ac.uk/~dmh/4b7/resource/
index.htm#Latest%20Developments
http://www.bell­labs.com/news/1999/november/15/1.html
OBJETIVOS
•Analizar el proceso de fabricación de circuitos VLSI
•Brindar los conocimientos necesarios para reconocer la importancia y estar en capacidad de aplicar herramientas de diseño, verificación y prueba a sistemas digitales complejos •Establecer los criterios que permitan modelar un sistema digital en diferentes niveles de abstracción •Aplicar esas ideas al modelamiento basado en VHDL •Entender la importancia de vincular los aspectos de Verificación y Diseño para Verificabilidad en el desarrollo de sistemas digitales CONOCIMIENTOS PREVIOS
•Electrónica Digital
•Arquitectura de computadores
•Transistores MOSFET
•Programación en lenguaje C
•VHDL
METODOLOGÍA
•32 sesiones (2 por semana)
•Clases magistrales
•Sesiones exámenes parciales
•Asesorías al proyecto final
•Monitorías LIBROS GUÍAS
•
Abramovici, Breuer y Friedman , Digital Systems Testing and Testable Design, AT&T Bell Laboratories and W.H. Freeman and Company, 1990 •
Pardo y Boluda, VHDL. Lenguaje para síntesis y modelado de circuitos, Alfaomega, 2000 •
Uyemura, John, Physical Design of CMOS Integrated Circuits Using L­Edit, PWS Publishing Co, 1995 EVALUACIÓN
Evaluación parcial I 25 %
Evaluación parcial II 25 %
Laboratorios 20 %
Proyecto 30%
EXÁMENES PARCIALES
• Son teóricos y de forma de selección múltiple
• Buscan establecer el dominio conceptual y de abstracción que se posee sobre los temas dados.
LABORATORIOS
• Complementan la teoría expuesta en las clases magistrales
• Permiten desarrollar habilidades prácticas en
el uso de herramientas propias de la disciplina
PROYECTO FINAL
Se debe entregar un cronograma de actividades en la
semana 3.
TEMAS DE HOY:
•LEY DE MOORE
•EVOLUCIÓN DEL MICROPROCESADOR
•DEFINICION DE CI •PROCESO DE FABRICACIÓN
•CONCEPTO DE CAPA Y MÁSCARA
•DOPADO DE ZONA
•GENERACIÓN DE CAPAS
LEY DE MOORE
Tomado de: Moore’s Law Meet its match,R. Tummala,
IEEE Spectrum, June 2006
EL PRIMER TRANSISTOR
New York Times
“A device called a transistor which has several applications in radio were a vaccum tube is ordinarily deployed, was demostrated for the firt time yesterday at Bell Telephone Laboratories, 463 West street, where it was invented”
23 December 1947
Fotos tomadas de: www.news.bbc.co.uk
EL PRIMER CIRCUITO
INTEGRADO
En 1958, Jack Kilby, un ingeniero
eléctrico de Texas Instruments, se ingenió como reunir en un solo circuito varios elementos como transistores, resistores y capacitores junto con los cables conectores en una sola pieza de Germanio.
Su primer prototipo fue una pieza delgada de Germanio de una pulgada de largo con cinco componentes conectados por pequeños alambres.
www.news.bbc.co.uk
Jack Kilby
EL MICROPROCESADOR
4004: Primer microprocesador de Intel
El 4004 era de 4 bits y a 108 KHz y contenía 2300 transistores.
La velocidad de este dispositivo de 1971
se estima en 0.06 MIPS (Millions of instructions
per second)
INTEL 8086/8088 IBM PC
1971: Microprocesador 8086/8088 ‘Cerebro’ del IBM PC.
Este fue seguido en 1982 por el 80286, en el cual se basó el computador IBM PC/AT (Advanced Technology) INTEL 80386 y 80486 El Intel 386 (1985) contenía 275.000 transistores. Este fue el primer Intel de 32 bits y en capacidad de hacer multitarea.
El 486 fue significativamente más poderoso y fue el primero en ofrecer un coprocesador matemático.
INTEL PENTIUM El Intel Petium fue introducido en 1993 con la intención de permitir a los computadores interactuar con datos como habla, imágenes y sonido en tiempo real.
El último Pentium II (1997) contiene 7.5 millones de transistores. ESCALAMIENTO INTEL PENTIUM II • El diseño original usaba MOSFET con L=0.8 μm
• Velocidad limitada a fclk = 66 MHz
Dimensión L
0.8 μ m
0.6 μ m
Área del chip
284 mm2
163 mm2
Velocidad máxima
66 MHz
100 MHz
Voltaje
5 V
33 V
DEFINICIÓN DE CI
Su definición puede enfocarse como:
• Sistema digital
• Sistema electrónico
• Sistema físico
Como sistema digital
Conjunto de elementos como:
• Compuertas
• Celdas
• Macroceldas unidos internamente y con el entorno mediante
terminaciones o PADs y que realizan operaciones
booleanas.
Como sistema electrónico
Conjunto de elementos como:
• Transistores
• Resistencias
• Condensadores que forman redes electrónicas con algunos retardos
con circuitos RC parásitos.
Como sistema físico
Conjunto de capas de:
• Silicio
• Polisilicio
• Metal
separadas por capas aislantes y ocasionalmente atravesadas por conductores.
PROCESO DE FABRICACIÓN
• Semilla de Silicio puro
• Crecimiento de un cilindro (10 cm de espesor por 1 m de alto)
• Se cortan las obleas 250μm de espesor
• Sobre cada oblea se fabrican miles de CI
APPLETS EN INTERNET
• Proceso de fabricación
http://jas2.eng.buffalo.edu/applets/education/fab/NMOS/nm
os.html
• Flujo de diseño
http://larc.ee.nthu.edu.tw/~tyc/vlsiclass/chap1/node1.htm
MOSIS
Es un servicio de producción de CI a bajo costo volúmenes pequeños. Útil para investigación y para instituciones educativas www.mosis.org
Ej: Implante retinal desarrollado en el MIT. Theogarajan et al, Minimally invasive retinal Process, Proceedings international Solid State Circuits conference 2006.
FIN DE LA CLASE