Történelem Planar techn. Dinamikus – kapacitív tárolás Küszöbfeszültség instabilitás – analóg…

1. Történelem • Planar techn. • Dinamikus – kapacitív tárolás • Küszöbfeszültség instabilitás – analóg… • CODEC – telefónia • EPROM – floating gate • Mikroprocesszor, memóriák • Gordon Moore • Scale-down • Áramkör-elmélet (kódolás, szűrés, etc.) • Analogic • „electronic grade” • Team – tudományágak • „Intellectual property”, IP Microelectronics

2. gate-oxid polysilicon gate Gate Drain Source csatorna n+ n+ p-szubsztrát Rövidcsatornás „telítéses” üzem: Küszöbfeszültség alatti működés: Microelectronics

3. T2 B T1 Cp A • Szubsztrát visszahatás Usb ΔVth=0,5 Usb 1/2 Microelectronics

4. Drain Cdb Cgd Szubsztrát Gate Cgs Csb Cgb Source Parazita elemek Microelectronics

5. nMOS-tranzisztor pMOS-tranzisztor G G S D S D n-zseb p+ n+ p-szubsztrát Latch-up • Latch-up Microelectronics

6. Gate rg Ugs’ Cgs Cgd ri gmUgs’ rs rd Source Drain Cgb Cdb Idb Csb D1 D2 Bulk (szubsztrát) Microelectronics

7. Szubsztrát Gate Drain Source n+ p n+ Hordozó p L • Vertikális tranzisztor Microelectronics

8. Gate oxid réteg UG poliszilicium gate réteg US UD n-adalékolt drain réteg n-adalékolt source réteg Nincs parazita Csatorna a p-szubsztrátban Szigetelt hordozó pl. zafír • Silicon-on-Sapphire, SOS Microelectronics

9. Bázis Kollektor Emitter n+-emitter n+-kollektor hozzávezetés p-bázis n-kollektor n+-kollektor eltemetett réteg p-szubsztrát • Integrált bipoláris tranzisztor Microelectronics

10. 3. VLSI chip 2. VLSI chip Tokozás 1. VLSI chip Kerámia hordozó Tokozások MCM, szendvics-szerkezet (mikrohullámú összeköttetések) Microelectronics

11. Q Q VDD T4 T3 Q T1 A A T2 • Kaszkád feszültségkapcsolt logika (Cascade Voltage Switch Logic, CVSL) Ellentétes (differenciális) vezérlés Ha bemenetek=lebeg, akkor kapacitív tárolás) VDD T4 T3 Q T1 T2 D D CLK Microelectronics

12. Logikai családok statikus CMOS dinamikus CMOS (Domino) transzfer gates áramkapcsolt (CML) kaszkád feszültség-kapcsolt (CVSL) emittercsatolt (ECL) BiCMOS adiabatikus, retractile Microelectronics

13. Vcc p p A Y=A +B B C t n n ELŐTÖLTÉS p Y=A.B n A C ki n B KIÉRTÉKELÉS n VCC  Logikai családok 1.Statikus CMOSlogika. 2. Dinamikus CMOS logika. 3. Több-kimenetű Dinamikus CMOS logika. Vcc T1 Y1 C1 T2 D  Y2 C2 A E M F B  Microelectronics

14. p A 4. Transzfer-gates logika. n A Y=A  B p n B Vcc 5.Emittercsatolt logika. R1 R2 B A Uref Y=A . B Microelectronics

15. Vcc T1 p A Q1 n T2 A T3 Ct n Q2 n T4 6. BiCMOS logika Microelectronics

16. Vcc p A A n Ct VDD R1 A·B+C·D URef 7. Current Mode Logic, CML URef D B A C CMOS alapinverter Microelectronics

17. VCC p Q Q n C2 C1 n n SET RESET T1 p n Statikus RS-tároló. Brute force!!! Microelectronics

18.  Vcc DOMINO CMOS dinamikus, egyfázisú logika p Y=A.B A n C ki Cparazita B n  Vcc Vcc Vcc  n nMOS logika A.B A.B Y=A.B.D C3 C1 A C2 B D Statikus inverter DOMINO CMOS fokozatok összekapcsolása statikus inverterrel Microelectronics

19. GHz-es CMOS logikák időzítés – fázisjelek deskew áramkörök jel-regenerálás, átmeneti tárolók (transzparens latch-ek) differenciális jel-vezetés Microelectronics

20. VDD VDD T4 T7 CLK Q I1 I2 I3 Q M CLK C2 C1 T3 T6 T2 D T5 CLK T1 CLK • Gyors beírású, a kimeneten megfogott D-tároló Microelectronics

21. Memóriák Microelectronics

22. bit line V p p CC bit line n n n n word line read write read write 6-tranzisztoros statikus tároló cella Microelectronics

23. ECL kiolvasású 6-tranzisztoros tároló cella Read Word Line Read Bit LIne p p n n Q 1 n n - V EE out Q 2 Write Word Line V ref sense amplifier - V EE Microelectronics

24. VCC BL2 BL1 BL1 BL2 WL1 WL2 • Duál-port RAM Microelectronics

25. Oszlop szelektálás Bit Bit UG VDD, nincs áram Φ fázisjel nyitja T7-et, kiválasztjuk az oszlopot, ΔU feszültségek lépnek fel, T1, T2 az „erősítőre” kapcsol, T5 nyit, T6 zárva marad, UG→0, Adat ki = VDD, ui. T4 árama=0 kell legyen. Ha fordítva, akkor T6 nyit, T4 zárva, ezért Adat ki =0, nincs munkaellenállás! T5 zár, ezért UG=VDD. végül Φ→0, T7 lezár, • Áramtükrös SRAM kiolvasó erősítő T1 T2 VDD T7 +ΔU ΔU=0 T3 T4 Adat ki UG T5 T6 T7 Φ Microelectronics

26. Bit VDD Kis felhúzó áram T2 T1 Bit Oszlop szelektálás Billenőkörös kiolvasó erősítők Bit Bit T1 T2 Memória cellák WL Y Φ X Itt vezérel, nyitva, de I=0 VDD-10mV Oszlop T3 T4 T3 T4 VDD metastabil Y X Földelés T5 T5 T6 T6 Adat ki Adat ki T7 T7 T8 T8 Φ Φ T10 T11 T9 T9 b) Φ Φ a) Microelectronics

27. VDD VDD A0 ECL –MOS Translator Q1 URef CL Q2 • ECL sordekóder Microelectronics

28. Kimeneti vonal (invertált) • 3-tranzisztoros dinamikus (analóg) cella Bemeneti vonal T3 Read Analóg áramkörök: aritmetikához T1 T2 CS Write Microelectronics

29. bit line word line CS CBL read amplifier 1-tranzisztoros dinamikus RAM cella Microelectronics

30. Dummy Word line Word line Strobe2 V V ref ref p p Prech Prech bitline bitline C 1 C 2 n n C V s ref Strobe1 Prech Dummy cell Dinamikus RAM cella kiolvasó erősítő Microelectronics

31. C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 Clock Sor-cím Oszlop-cím Cím Burst kezdete Adat RAS Latency CAS Szinkron DRAM ütemezése Régi DRAM: aszinkron. Itt processzor tudja latency-t, és akkor olvas ki. Microelectronics

32. CKE BANK0 16 Mbit (1Mx16) control L D memory array 2048 CKL logic SDRAM 2K 256 16 * * CS row address row 256x16 WE CD 11 decoder latch CAS 2 sense amplifiers DML, DMH column RAS burst address I/O gating counter latch DQM mask logic command mode reg. data decoder 256 output register L C B D0-D15 column decoder data A0-A10 address register 256 input R register column BA sense amplifiers address row buffer I/O gating address DQM mask logic MUX multiplexer row refresh decoder counter row 256x16 address latch BANK1 refresh controller L D 2048 memory array 2K 256 16 * * Microelectronics

33. DDR (Double Data Rate)-RAM • EDO-RAM (kimeneti tároló, közben címek) • Beágyazott RAM-ok: dual oxide technique • RAMBUS • SAM • Video RAM Microelectronics

34. Vezérlő gate Lebegő (floating) gate Drain Source Csatorna UV-EPROM cella Kapacitív osztó, Lavina-hatás (hot elektron) Microelectronics

35. from gate + + n n Klasszikus EEPROM cella (Tunnelezés a drain-ről) Control gate 0 V +12V Kapcsoló tranzisztor +5V S D +12V + +5V 0 V +12V URead tunnel oxid to gate READ ERASE WRITE Microelectronics

36. Word line S D tunnel oxid + + n n Flash memória cella Bit line 0 V Word line D S +12V Közös föld Törlés: minden source → +12V, electronok: vissza source-ba Microelectronics

37. GND D +5V S +12V Split-gate EEPROM cella Alagút-hatás Control gate Source Drain GND D +12V n n S GND Forró elektronok c/ b/ a/ Microelectronics

38. 1. Bit-vonal 2. Bit-vonal WL0 WL1 WL14 WL15 Közös source • NOR-rendszerű Flash memória Helyfoglalás Write: source=0, BL=high, WL=+U Erase: közös source =+U, WL= -U, BL=lebeg egyszerre a blokk Read: source=0, drain=R, WL=cím Microelectronics

39. NAND-rendszerű Flash memória struktúra Jó helykihasználás, lassú (soros) Write (Tx): BLx szelektálás Source szelektálás, KS=0 BLx=0 WLx= ++U, a többi +U csatorna mindenütt, tunnel Tx Erase: zseb=++U, összes WL=0 minden cella törlődik Read (read-through, „cellákon át”): BL, KS szelektálás Source=0, BL= pull-up WL (nem Tx)=normál csatorna WLx=0, kiolvasás függ lebegő gate-től (BLX) 1. Bit-vonal 2. Bit-vonal Bit-vonal szelektálás WL0 Sor- dekóder WL1 WL14 (WLX) WL15 Közös source szelektálás (KS) TX Közös source Microelectronics

40. Programozott kapcsoló FPGA, redundáns memória, A/D kalibrálás D T1 Programozás A S UVez A Kapcsoló T2 rds B B Közös lebegő gate Microelectronics

41. szóvonal F fém 2 V fém SS V F poly DD 1 V V DD DD fém F 1 F poly 1 F 1 A 2 A 2 A A A 0 2 1 szóvonal A 1 poly A 1 F F A 2 1 0 V A SS 0 F 1 poly V fém SS Dinamikus sordekóder elrendezése Microelectronics

42. 9 bit program counter Main Memory BANK TAG-RAM 13 DATA-RAM MISS 9 CPU databus 8K x 9bit SRAM HIT decoder HIT / MISS comparator Cache-Tag memória struktúra Microelectronics

43. L3 cache L2 cache Cache memóriák Hierarchikus memória-felépítés: L1I, L1D utasítás és adat-memória L2 L3 Main memory Disc L1 utasítás cache és fetch Ugrás jóslás utasítás queue Regiszter- és stack-kezelés Elágazás regiszterek Egészszám regiszterek Lebegőpontos regiszterek Integer és multimédia egység Elágazás egység L1- adat cache Lebegő- pontos egység Busz vezérlő és ECC Microelectronics

44. Mikroprocesszorok Microelectronics

45. Dekóder Program memória ALU RAM PC További egységek 8 d f f f f f f f f Utasítás kódja 256 byte RAM címe Harvard-struktúrájú mikroprocesszor Microelectronics

46. Itanium-2 tip. 64-bites processzor Pipeline, 6 utasítás/ciklus, párhuzamos működés, FIFOban queue, Domino CMOS, anti-race L3 cache L2 cache L1 utasítás cache és fetch Ugrás jóslás utasítás queue Regiszter- és stack-kezelés Elágazás regiszterek Egészszám regiszterek Lebegőpontos regiszterek Integer és multimédia egység Elágazás egység L1- adat cache Lebegő- pontos egység Busz vezérlő és ECC Microelectronics L1: write through, L2/L3: valid bit

47. Memória-vezérlő I/O portok PCI-busz csatl. Graf. processzor Utasítás cache Utasítás cache Kapcsoló mátrix Megosztott adat cache FU3 FU2 FU0 FU1 FU2 FU3 FU1 FU0 I/O portok Média-processzor (MAJC, Microprocessor Architecture for Java Computing)(VLIW, Very Large Instruction Word) 128-bit=4x32-bitDuál processzor,FFT, DCT, inverz DCT, MPEG-2, Domino CMOS Másik adatára vár Külön utasítás dekóder FU0: kapcsoló mátrix, adat-cache Microelectronics

48. Reset Interrupts XTAL Mód Analóg bemenetek Perifériás int. Interruptok Órajel System control A/D konverter Soros interfész Vcc,a Vss,a Timer 2 3 I/O Timer1 Rx CPU RAM Tx Watchdog Event EPROM Data EEPROM PWM Event Port A Port A Port A Port A PWM Vcc Vss 8 8 8 8 Address low Address high Data Control Neumann-struktúrájú mikrocontroller Microelectronics

49. Esemény bemenet 16-bit capture/ compare reg. 8-bit előszámláló compare PWM 16-bit számláló compare 16-bit capture/ compare reg. SW Reset Capture Flag+Int. Flag+Int. Flag+Int. Flag+Int. Ext. reset Overflow Timer/Counter egység Microelectronics

50. START 1010 A2A1A0 R/W Ack AH byte Ack AL byte Ack D1byte STOP Start Stop Adat Órajel I2C-busz Microelectronics