habari

Labda baada ya sheria ya Ohm, sheria ya pili maarufu katika umeme ni sheria ya Moore: Idadi ya transistors ambayo inaweza kutengenezwa kwenye mzunguko jumuishi huongezeka mara mbili kila baada ya miaka miwili au zaidi. Kwa kuwa saizi ya mwili ya chip inabaki takriban sawa, hii inamaanisha kuwa transistors za kibinafsi zitakuwa ndogo kwa wakati. Tumeanza kutarajia kizazi kipya cha chips na saizi ndogo za vipengele kuonekana kwa kasi ya kawaida, lakini ni nini maana ya kufanya mambo kuwa madogo? Je, ndogo daima inamaanisha bora?
Katika karne iliyopita, uhandisi wa kielektroniki umepata maendeleo makubwa. Katika miaka ya 1920, redio za hali ya juu zaidi za AM zilijumuisha mirija ya utupu kadhaa, viingilizi kadhaa vikubwa, vidhibiti na vidhibiti, mita kadhaa ya waya zilizotumika kama antena, na seti kubwa ya betri za kuwasha kifaa kizima. Leo, unaweza Kusikiliza zaidi ya huduma kumi na mbili za utiririshaji muziki kwenye kifaa kilicho mfukoni mwako, na unaweza kufanya zaidi. Lakini uboreshaji mdogo si wa kubebeka tu: ni muhimu kabisa kufikia utendaji tunaotarajia kutoka kwa vifaa vyetu leo.
Faida moja ya wazi ya vipengele vidogo ni kwamba inakuwezesha kujumuisha utendaji zaidi katika kiasi sawa. Hii ni muhimu sana kwa mizunguko ya dijiti: sehemu zaidi inamaanisha kuwa unaweza kufanya usindikaji zaidi kwa wakati sawa. Kwa mfano, kwa nadharia, kiasi cha habari kinachochakatwa na kichakataji 64-bit ni mara nane ya CPU ya 8-bit inayoendesha kwa mzunguko wa saa sawa. Lakini pia inahitaji vipengele mara nane zaidi: rejista, viongezi, mabasi, nk. zote ni kubwa mara nane. Kwa hivyo unahitaji chip ambayo ni kubwa mara nane, au unahitaji transistor ambayo ni ndogo mara nane.
Vile vile ni kweli kwa chips za kumbukumbu: Kwa kutengeneza transistors ndogo, una nafasi zaidi ya kuhifadhi kwa kiasi sawa. Pikseli katika onyesho nyingi leo zimeundwa na transistors nyembamba za filamu, kwa hivyo inaleta maana kuzipunguza na kufikia maazimio ya juu. Hata hivyo, ndogo transistor, bora, na kuna sababu nyingine muhimu: utendaji wao ni kuboreshwa sana. Lakini kwa nini hasa?
Wakati wowote unapofanya transistor, itatoa vipengele vingine vya ziada bila malipo. Kila terminal ina resistor katika mfululizo. Kitu chochote kinachobeba sasa pia kina uwezo wa kujiingiza. Hatimaye, kuna capacitance kati ya kondakta yoyote mbili zinazokabiliana. Athari hizi zote hutumia nguvu na kupunguza kasi ya transistor. Uwezo wa vimelea ni shida hasa: transistors zinahitajika kushtakiwa na kuruhusiwa kila wakati zinawashwa au kuzimwa, ambayo inahitaji muda na sasa kutoka kwa umeme.
Uwezo kati ya waendeshaji wawili ni kazi ya ukubwa wao wa kimwili: ukubwa mdogo unamaanisha uwezo mdogo. Na kwa sababu capacitors ndogo humaanisha kasi ya juu na nguvu ya chini, transistors ndogo zinaweza kukimbia kwa masafa ya juu ya saa na kuondosha joto kidogo kwa kufanya hivyo.
Unapopunguza saizi ya transistors, uwezo sio athari pekee inayobadilika: kuna athari nyingi za ajabu za mitambo ambazo hazionekani kwa vifaa vikubwa. Walakini, kwa ujumla, kufanya transistors kuwa ndogo itawafanya kuwa haraka. Lakini bidhaa za elektroniki ni zaidi ya transistors. Unapopunguza vipengele vingine, hufanyaje?
Kwa ujumla, vipengele vya passiv kama vile vipinga, capacitors, na inductors hazitakuwa bora zaidi zinapokuwa ndogo: kwa njia nyingi, zitazidi kuwa mbaya. Kwa hiyo, miniaturization ya vipengele hivi ni hasa kuwa na uwezo wa kuwabana kwa kiasi kidogo, na hivyo kuokoa nafasi ya PCB.
Ukubwa wa kupinga inaweza kupunguzwa bila kusababisha hasara nyingi. Upinzani wa kipande cha nyenzo hutolewa na, ambapo l ni urefu, A ni eneo la sehemu ya msalaba, na ρ ni kupinga kwa nyenzo. Unaweza tu kupunguza urefu na sehemu ya msalaba, na kuishia na upinzani mdogo wa kimwili, lakini bado una upinzani sawa. Hasara pekee ni kwamba wakati wa kufuta nguvu sawa, vipinga vidogo vya kimwili vitazalisha joto zaidi kuliko vipinga vikubwa. Kwa hiyo, vipinga vidogo vinaweza kutumika tu katika nyaya za chini za nguvu. Jedwali hili linaonyesha jinsi ukadiriaji wa juu zaidi wa nguvu wa vidhibiti vya SMD unavyopungua kadiri saizi yao inavyopungua.
Leo, upinzani mdogo zaidi unaweza kununua ni ukubwa wa metric 03015 (0.3 mm x 0.15 mm). Nguvu zao zilizokadiriwa ni 20 mW tu na hutumiwa tu kwa saketi ambazo huondoa nguvu kidogo sana na zina ukubwa mdogo sana. Kifurushi kidogo cha metric 0201 (0.2 mm x 0.1 mm) kimetolewa, lakini bado hakijawekwa katika uzalishaji. Lakini hata kama zitaonekana kwenye katalogi ya watengenezaji, usitarajie kuwa kila mahali: roboti nyingi za kuchagua na kuziweka si sahihi kutosha kuzishughulikia, kwa hivyo zinaweza kuwa bidhaa bora.
Capacitors pia inaweza kupunguzwa, lakini hii itapunguza uwezo wao. Njia ya kuhesabu uwezo wa capacitor ya shunt ni, ambapo A ni eneo la bodi, d ni umbali kati yao, na ε ni mara kwa mara ya dielectric (mali ya nyenzo za kati). Ikiwa capacitor (kimsingi kifaa cha gorofa) ni miniaturized, eneo hilo lazima lipunguzwe, na hivyo kupunguza uwezo. Ikiwa bado unataka kufunga nafara nyingi kwa kiasi kidogo, chaguo pekee ni kuweka tabaka kadhaa pamoja. Kutokana na maendeleo ya nyenzo na utengenezaji, ambayo pia yametengeneza filamu nyembamba (ndogo d) na dielectri maalum (zenye kubwa ε) iwezekanavyo, ukubwa wa capacitors umepungua kwa kiasi kikubwa katika miongo michache iliyopita.
Capacitor ndogo zaidi inayopatikana leo iko katika kifurushi cha kipimo kidogo zaidi cha 0201: mm 0.25 x 0.125 tu. Uwezo wao ni mdogo kwa 100 nF bado muhimu, na voltage ya juu ya uendeshaji ni 6.3 V. Pia, vifurushi hivi ni ndogo sana na vinahitaji vifaa vya juu vya kushughulikia, na kuzuia kupitishwa kwao kwa kuenea.
Kwa inductors, hadithi ni gumu kidogo. Uingizaji wa coil moja kwa moja hutolewa na, ambapo N ni idadi ya zamu, A ni eneo la msalaba wa coil, l ni urefu wake, na μ ni nyenzo mara kwa mara (upenyezaji). Ikiwa vipimo vyote vimepunguzwa kwa nusu, inductance pia itapungua kwa nusu. Hata hivyo, upinzani wa waya unabakia sawa: hii ni kwa sababu urefu na sehemu ya msalaba wa waya hupunguzwa hadi robo ya thamani yake ya awali. Hii ina maana kwamba unaishia na upinzani sawa katika nusu ya inductance, hivyo unapunguza nusu ya kipengele cha ubora (Q) cha coil.
Indukta ndogo kabisa inayopatikana kibiashara inachukua ukubwa wa inchi 01005 (0.4 mm x 0.2 mm). Hizi ni za juu kama 56 nH na zina upinzani wa ohms chache. Inductors katika kifurushi cha ultra-small metric 0201 zilitolewa mwaka wa 2014, lakini inaonekana hazijawahi kuletwa kwenye soko.
Mapungufu ya kimwili ya inductors yametatuliwa kwa kutumia jambo linaloitwa inductance ya nguvu, ambayo inaweza kuzingatiwa katika coil zilizofanywa kwa graphene. Lakini hata hivyo, ikiwa inaweza kutengenezwa kwa njia inayofaa kibiashara, inaweza kuongezeka kwa 50%. Hatimaye, coil haiwezi kuwa miniaturized vizuri. Walakini, ikiwa mzunguko wako unafanya kazi kwa masafa ya juu, hii sio shida. Ikiwa mawimbi yako iko katika masafa ya GHz, mizunguko michache ya nH kawaida hutosha.
Hii inatuleta kwenye jambo lingine ambalo limefanywa kuwa ndogo katika karne iliyopita lakini huenda usitambue mara moja: urefu wa wimbi tunalotumia kwa mawasiliano. Matangazo ya awali ya redio yalitumia mawimbi ya AM ya mawimbi ya wastani ya takriban 1 MHz yenye urefu wa takriban mita 300. Bendi ya masafa ya FM iliyozingatia 100 MHz au mita 3 ilipata umaarufu karibu miaka ya 1960, na leo tunatumia mawasiliano ya 4G karibu 1 au 2 GHz (takriban 20 cm). Masafa ya juu yanamaanisha uwezo zaidi wa uwasilishaji wa habari. Ni kwa sababu ya uboreshaji mdogo ndipo tuna redio za bei nafuu, za kuaminika na zinazookoa nishati ambazo hufanya kazi kwenye masafa haya.
Kupungua kwa urefu wa mawimbi kunaweza kupunguza antena kwa sababu saizi yao inahusiana moja kwa moja na mzunguko unaohitaji kusambaza au kupokea. Simu za rununu za leo haziitaji antena ndefu zinazojitokeza, kwa sababu ya mawasiliano yao ya kujitolea kwenye masafa ya GHz, ambayo antenna inahitaji tu kuwa na urefu wa sentimita moja. Hii ndiyo sababu simu nyingi za rununu ambazo bado zina vipokezi vya FM huhitaji uchogee vipokea sauti vya masikioni kabla ya kutumia: redio inahitaji kutumia waya wa earphone kama antena ili kupata nguvu ya kutosha ya mawimbi kutoka kwa mawimbi hayo yenye urefu wa mita moja.
Kuhusu mizunguko iliyounganishwa na antena zetu ndogo, zinapokuwa ndogo, huwa rahisi kutengeneza. Hii sio tu kwa sababu transistors zimekuwa haraka, lakini pia kwa sababu athari za laini za upitishaji sio suala tena. Kwa kifupi, wakati urefu wa waya unazidi moja ya kumi ya urefu wa wimbi, unahitaji kuzingatia mabadiliko ya awamu pamoja na urefu wake wakati wa kuunda mzunguko. Katika 2.4 GHz, hii ina maana kwamba sentimita moja tu ya waya imeathiri mzunguko wako; ikiwa unajumuisha vipengele tofauti, ni maumivu ya kichwa, lakini ikiwa utaweka mzunguko kwenye milimita chache za mraba, sio tatizo.
Kutabiri kutoweka kwa Sheria ya Moore, au kuonyesha kwamba utabiri huu si sahihi tena na tena, imekuwa mada inayojirudia katika uandishi wa habari za sayansi na teknolojia. Ukweli unabaki kuwa Intel, Samsung, na TSMC, washindani watatu ambao bado wako mstari wa mbele wa mchezo, wanaendelea kubana vipengele zaidi kwa kila micrometer ya mraba, na kupanga kuanzisha vizazi kadhaa vya chips zilizoboreshwa katika siku zijazo. Ingawa maendeleo ambayo wamefanya katika kila hatua yanaweza yasiwe makubwa kama miongo miwili iliyopita, uboreshaji mdogo wa transistors unaendelea.
Hata hivyo, kwa vipengele tofauti, inaonekana tumefikia kikomo cha asili: kuvifanya vidogo hakuboresha utendakazi wao, na vipengele vidogo vinavyopatikana kwa sasa ni vidogo kuliko hali nyingi za matumizi zinavyohitaji. Inaonekana kwamba hakuna Sheria ya Moore ya vifaa tofauti, lakini ikiwa kuna Sheria ya Moore, tungependa kuona ni kiasi gani mtu mmoja anaweza kusukuma changamoto ya uuzaji wa SMD.
Siku zote nimekuwa nikitaka kuchukua picha ya kipinga cha PTH nilichotumia miaka ya 1970, na kuweka kipingamizi cha SMD juu yake, kama vile ninabadilishana / kutoka sasa. Lengo langu ni kuwafanya kaka na dada zangu (hakuna hata moja ya bidhaa za elektroniki) ni kiasi gani cha mabadiliko, ikiwa ni pamoja na ninaweza kuona hata sehemu za kazi yangu, (kama macho yangu yanavyozidi kuwa mbaya, mikono yangu inazidi Kutetemeka).
Ninapenda kusema, ni pamoja au la. Ninachukia sana "boresha, fanya vizuri." Wakati mwingine mpangilio wako hufanya kazi vizuri, lakini huwezi tena kupata sehemu. Kuzimu ni nini hiyo? . Dhana nzuri ni dhana nzuri, na ni bora kuiweka kama ilivyo, badala ya kuiboresha bila sababu. Gantt
"Ukweli unabakia kuwa kampuni tatu za Intel, Samsung na TSMC bado zinashindana katika mstari wa mbele wa mchezo huu, zikiendelea kufinya vipengele zaidi kwa kila mita ya mraba,"
Vipengele vya elektroniki ni kubwa na ghali. Mnamo 1971, familia ya wastani ilikuwa na redio chache tu, stereo na TV. Kufikia 1976, kompyuta, vikokotoo, saa za dijiti na saa zilikuwa zimetoka, ambazo zilikuwa ndogo na za bei nafuu kwa watumiaji.
Baadhi ya miniaturization hutoka kwa muundo. Amplifiers ya uendeshaji kuruhusu matumizi ya gyrators, ambayo inaweza kuchukua nafasi ya inductors kubwa katika baadhi ya matukio. Vichungi vilivyo hai pia huondoa inductors.
Vipengele vikubwa vinakuza mambo mengine: kupunguza mzunguko, yaani, kujaribu kutumia vipengele vichache zaidi kufanya mzunguko ufanye kazi. Leo, hatujali sana. Je, unahitaji kitu ili kubadilisha ishara? Chukua amplifier ya uendeshaji. Je, unahitaji mashine ya serikali? Chukua mpu. nk. Vijenzi leo ni vidogo sana, lakini kuna vijenzi vingi ndani. Kwa hivyo kimsingi saizi yako ya mzunguko huongezeka na matumizi ya nguvu huongezeka. Transistor inayotumiwa kugeuza mawimbi hutumia nguvu kidogo kutimiza kazi sawa na kipaza sauti. Lakini basi tena, miniaturization itachukua huduma ya matumizi ya nguvu. Ni kwamba uvumbuzi umeenda katika mwelekeo tofauti.
Kwa kweli umekosa baadhi ya manufaa/sababu kuu za ukubwa uliopunguzwa: vimelea vilivyopunguzwa vya kifurushi na ushughulikiaji wa nguvu ulioongezeka (ambao unaonekana kupingana).
Kutoka kwa mtazamo wa vitendo, mara tu ukubwa wa kipengele unapofikia kuhusu 0.25u, utafikia kiwango cha GHz, wakati ambapo kifurushi kikubwa cha SOP kinaanza kutoa athari kubwa zaidi *. Waya ndefu za kuunganisha na miongozo hiyo hatimaye itakuua.
Katika hatua hii, vifurushi vya QFN/BGA vimeboreshwa sana katika suala la utendakazi. Zaidi ya hayo, unapoweka kifurushi kikiwa sawa hivi, utapata *utendaji bora zaidi* wa halijoto na pedi zilizoachwa wazi.
Kwa kuongeza, Intel, Samsung, na TSMC hakika zitachukua jukumu muhimu, lakini ASML inaweza kuwa muhimu zaidi katika orodha hii. Bila shaka, hii inaweza kutumika kwa sauti tulivu...
Sio tu juu ya kupunguza gharama za silicon kupitia nodi za mchakato wa kizazi kijacho. Vitu vingine, kama mifuko. Vifurushi vidogo vinahitaji nyenzo kidogo na wcsp au hata kidogo. Vifurushi vidogo, PCB ndogo au moduli, nk.
Mara nyingi mimi huona bidhaa za orodha, ambapo sababu pekee ya kuendesha gari ni kupunguza gharama. MHz/ukubwa wa kumbukumbu ni sawa, kazi ya SOC na mpangilio wa pini ni sawa. Tunaweza kutumia teknolojia mpya ili kupunguza matumizi ya nishati (kwa kawaida hii si ya bure, kwa hivyo lazima kuwe na faida fulani za ushindani ambazo wateja wanajali)
Moja ya faida za vipengele vikubwa ni nyenzo za kupambana na mionzi. Transistors ndogo huathirika zaidi na athari za mionzi ya cosmic, katika hali hii muhimu. Kwa mfano, katika nafasi na hata uchunguzi wa urefu wa juu.
Sikuona sababu kubwa ya kuongeza kasi. Kasi ya ishara ni takriban inchi 8 kwa nanosecond. Kwa hivyo tu kwa kupunguza saizi, chipsi za haraka zinawezekana.
Unaweza kutaka kuangalia hisabati yako mwenyewe kwa kuhesabu tofauti katika ucheleweshaji wa uenezi kutokana na mabadiliko ya ufungaji na mizunguko iliyopunguzwa (1/frequency). Yaani kupunguza ucheleweshaji/muda wa makundi. Utagundua kuwa haionyeshi hata kama sababu ya kuzunguka.
Jambo moja ninalotaka kuongeza ni kwamba IC nyingi, haswa miundo ya zamani na chipsi za analogi, hazijapunguzwa ukubwa, angalau ndani. Kwa sababu ya uboreshaji wa utengenezaji wa kiotomatiki, vifurushi vimekuwa vidogo, lakini hiyo ni kwa sababu vifurushi vya DIP kawaida huwa na nafasi nyingi ndani, sio kwa sababu transistors n.k. zimekuwa ndogo.
Mbali na tatizo la kufanya roboti kuwa sahihi vya kutosha kushughulikia vipengee vidogo katika utumaji na mahali wa kasi ya juu, suala lingine ni kulehemu vijenzi vidogo kwa uhakika. Hasa wakati bado unahitaji vipengele vikubwa kutokana na mahitaji ya nguvu/uwezo. Kwa kutumia maalum solder kuweka, maalum hatua solder kuweka templates (tumia kiasi kidogo cha kuweka solder inapohitajika, lakini bado kutoa kutosha solder kuweka kwa vipengele kubwa) ilianza kuwa ghali sana. Kwa hivyo nadhani kuna uwanda, na uboreshaji mdogo zaidi katika kiwango cha bodi ya mzunguko ni njia ya gharama kubwa na inayowezekana. Katika hatua hii, unaweza pia kufanya ujumuishaji zaidi katika kiwango cha kaki ya silicon na kurahisisha idadi ya vijenzi tofauti kwa kiwango cha chini kabisa.
Utaona hii kwenye simu yako. Karibu 1995, nilinunua simu za rununu za mapema kwa mauzo ya karakana kwa dola chache kila moja. IC nyingi ni kupitia shimo. CPU inayotambulika na kilinganishi cha NE570, IC kubwa inayoweza kutumika tena.
Kisha nikaishia na simu zilizosasishwa za kushika mkononi. Kuna vipengele vichache sana na karibu hakuna kinachojulikana. Katika idadi ndogo ya IC, sio tu wiani ni wa juu, lakini pia muundo mpya (angalia SDR) unakubaliwa, ambao huondoa vipengele vingi vya pekee ambavyo hapo awali vilikuwa vya lazima.
> (Weka kiasi kidogo cha kuweka solder inapohitajika, lakini bado toa ubao wa solder wa kutosha kwa vipengele vikubwa)
Halo, nilifikiria kiolezo cha "3D/Wave" ili kutatua tatizo hili: nyembamba ambapo vipengele vidogo zaidi, na nene ambapo mzunguko wa nguvu ulipo.
Siku hizi, vipengee vya SMT ni vidogo sana, unaweza kutumia vijenzi halisi (si 74xx na takataka nyingine) kuunda CPU yako mwenyewe na kuichapisha kwenye PCB. Nyunyiza na LED, unaweza kuiona ikifanya kazi kwa wakati halisi.
Kwa miaka mingi, hakika ninathamini maendeleo ya haraka ya vipengele ngumu na vidogo. Wanatoa maendeleo makubwa, lakini wakati huo huo huongeza kiwango kipya cha ugumu kwa mchakato wa kurudia wa prototyping.
Marekebisho na kasi ya kuiga ya saketi za analogi ni haraka zaidi kuliko yale unayofanya kwenye maabara. Kadiri mzunguko wa saketi za kidijitali unavyoongezeka, PCB inakuwa sehemu ya mkusanyiko. Kwa mfano, athari za mstari wa maambukizi, kuchelewa kwa uenezi. Protoksi ya teknolojia yoyote ya kisasa hutumiwa vyema katika kukamilisha muundo kwa usahihi, badala ya kufanya marekebisho katika maabara.
Kama vitu vya kupendeza, tathmini. Bodi za mzunguko na modules ni suluhisho la vipengele vya kupungua na modules za kupima kabla.
Hii inaweza kufanya mambo kupoteza "furaha", lakini nadhani kupata mradi wako kufanya kazi kwa mara ya kwanza inaweza kuwa na maana zaidi kwa sababu ya kazi au burudani.
Nimekuwa nikibadilisha miundo kadhaa kutoka kwa shimo hadi SMD. Tengeneza bidhaa za bei nafuu, lakini haifurahishi kujenga prototypes kwa mkono. Kosa moja ndogo: "mahali sambamba" inapaswa kusomwa kama "sahani sambamba".
Hapana. Baada ya mfumo kushinda, wanaakiolojia bado watachanganyikiwa na matokeo yake. Nani anajua, labda katika karne ya 23, Muungano wa Sayari utapitisha mfumo mpya…
Sikuweza kukubaliana zaidi. Ukubwa wa 0603 ni nini? Bila shaka, kuweka 0603 kama saizi ya kifalme na "kupiga" ukubwa wa metric 0603 0604 (au 0602) sio ngumu sana, hata kama inaweza kuwa si sahihi kiufundi (yaani: saizi halisi inayolingana-sio hivyo) hata hivyo. Mkali), lakini angalau kila mtu atajua ni teknolojia gani unayozungumza (metric/imperial)!
"Kwa ujumla, vipengee vya kawaida kama vile vipinga, capacitors, na inductors hazitakuwa bora ikiwa utazifanya kuwa ndogo."