Технологии будущего: BiCMOS

Известно, что центральной частью любого компьютера является процессор. Известно также, что основой любого процессора являются транзисторы. Но какие именно? Ответ прост - полевые, изготовленные по технологии CMOS (металл-оксид-полупроводник). Полевые транзисторы хороши всем - просты в изготовлении, потребляют не очень много энергии и технология их использования уже наработана. Однако коэффициент усиления у полевых транзисторов не очень высок и для переключения из 0 в 1 требуется приложить напряжение порядка 1.5 вольт. Альтернативой полевым транзисторам выступают транзисторы биполярные - коэффициент усиления в них можно сделать весьма и весьма большим, так что для переключения будет достаточно всего 0.5 вольта. Но биполярные транзисторы сложно изготавливать на интегральных схемах и они рассеивают значительную мощность. Поэтому, несмотря на проигрыш в быстродействии, в компьютерах все же используются полевые транзисторы и CMOS-технология. Точнее, используются многими, поскольку существует фирма, активно внедряющая гибридную технологию BiCMOS, совмещающую биполярную и CMOS-логику на одном кристалле.

Называется эта фирма Exponential, а технология - BiCMOS (точнее, ее вариант этой технологии), и основанный на ней микропроцессор X704 является ее главным детищем. Весной этого года опытный образец произвел настоящий фурор на выставке различных Apple'ов. И на то была причина. Процессор X704 первым в семействе Power PC достиг частоты 533 мегагерца. Естественно, при его создании было решено немало сложных задач, о чем я и хочу вкратце рассказать.

Технология BiCMOS оригинальна сама по себе. Она позволяет совместить на одном кристалле элементы, выполненные на биполярных и полевых транзисторах.

Взгляните на рисунок: наиболее критичные блоки процессора (вся основная логика, устройство вычислений с плавающей точкой и устройство управления шиной) выполнены на биполярной основе. Все остальное (кэш первого и вотрого уровня, а также буферы ввода-вывода) из соображений экономии, пониженного энергопотребления и совместимости сделано по CMOS-технологии. Причем, вначале изготовлялись биполярные, а уже затем CMOS-структуры. Подобная раскладка процессора позволяет оптимизировать скорость выполнения инструкций и в то же время сохранить совместимость с внешними устройствами (CMOS-буферы), а также сэкономить на занимающем большую полщадь, но не требующем высокого быстродействия кэше. Конечно, при использовании биполярной логики сразу же возникают проблемы с охлаждением процессора - решены они были весьма оригинально. Вместо того, чтобы закрепить кристалл как обычно (то есть транзисторами вверх), разработчики перевернули его. При этом радиатор охлаждения прилегает непосредственно к нижней поверхности кристалла. Такое расположение (Flip-Chip Die) процессора позволяет подвести шины питания непосредственно к тем точкам схемы, где это питание необходимо. При этом освобождается место на кристалле и снижается энергопотребление. Все эти меры привели к тому, что 533 мегагерцевый процессор нормально работал при охлаждении стандартным вентилятором.

В общем, идея была неплохая. Но увы, Exponential попала не в то время и не в то место. Точнее говоря, она попала на рынок как раз в тот момент, когда Apple начала борьбу с производителями клонов Macintosh. Программа производства Power PC тоже сильно пострадала и в результате весьма перспективная технология, которая могла бы значительно улучшить характеристики современных процессоров, не получила должного признания. Надо добавить,что и Exponential не выполнила всех обещаний, поскольку опытная партия процессоров работала на частоте коло 400 МГц (а не 533, как было обещано). В общем, осенью этого года Exponential подала в суд на Apple за разрыв контракта на X704, но, судя по всему, безуспешно. Хотя, с другой стороны, сама идея использования биполярной логики не осталась незамеченной. По утверждению представителей Exponential, в процессорах Intel Pentium используются отдельные биполярные элементы (они ограничивают ток через CMOS-транизисторы, что позволяет достичь большего быстродействия). Конечно, не в таких масштабах, как в X704, но все же. Так что возможности для повышения быстродействия еще остаются.

Константин АФАНАСЬЕВ,
AKG_Monster@usa.net

Версия для печатиВерсия для печати

Номер: 

49 за 1997 год

Рубрика: 

Новые технологии
Заметили ошибку? Выделите ее мышкой и нажмите Ctrl+Enter!

Добавить комментарий