Mis vahe on kiipide vahel tarbijaklassist kosmosesõiduki klassini?

Kiipide klassijaotus on tegelikult kiibirakenduskeskkonna karmuse jaotus. Meie tavalised kiibid jagunevad tavaliselt nelja kategooriasse: tsiviilkvaliteet (tarbijaklass), tööstusklass, autode kvaliteet ja sõjaline (lennunduskvaliteet). Praegu on kõrgeima spetsifikatsiooniga kiip, millele meil on juurdepääs, auto spetsifikatsiooni kiip. Võrreldes tarbijatele mõeldud kiipidega, taluvad autotööstuses kasutatavad kiibid äärmuslikumaid temperatuure ja kasutuskeskkondi.

Kuna militaar- ja autoklassi kiibid on nii võimsad, siis kas ei piisaks sellest, kui kõik kiibid vastaksid võimalikult kõrgekvaliteediliste kiipide standarditele?

Kiipide liigitamine pole nii lihtne. See hõlmab tegelikult kogu vooluahela kavandamise protsessi, tootmisprotsessi ning lõplikku pakkimist ja kiipide testimist. Kõrgetasemelised kiibid ei pruugi sobida muudele keskkondadele. Esiteks tähendavad kõrgema spetsifikatsiooniga kiibid sageli kõrgemat hinda ning võimatute rakendusstsenaariumide eest maksmine vähendab kiipide tasuvust. Pealegi pole asi selles, et mida kõrgem on kiibi tase, seda kiirem on töötlemiskiirus. Mõnikord ohverdab kiip osa jõudlusest, et mitte kokku kukkuda erirakenduste stsenaariumide korral.

Lihtsamalt öeldes on koondamiskujunduse eesmärk suurendada kiibi töökindlust vastutasuks ressursside suurendamise eest.

Üleliigsete vooluahelate olemasolu kiibis ei ole raiskamine, sest tundmatute ülesannetega silmitsi seistes tuleb kiip täielikult ette valmistada, et vähendada eriolukordades seisakuid. Kiipide disaini eksperdid selgitavad üleliigset vooluringi järgmiselt: "Saame kohandada süsteemi nii, et protsessori ja mälu vahel oleks piisavalt puhverdamist nii, et isegi kui mälu on maksimaalselt koormatud ja protsessori ja mälu latentsuse vahel on maksimaalne tehinguvoog, siis protsessor võib käsitleda paljusid tehinguprobleeme". Teatud üleliigsed vahemälud võivad suuremahuliste paralleelsete toimingute töötlemisel vältida kokkujooksmisi mälu ületäitumisel. Lisaks saab sama efekti saavutada ka mälu koondamise disaini puhul.

Loomulikult ei ole üleliigsete vooluahelate kujundamine lihtne kopeerimine ja kleepimine. Näiteks võib kiibitehas suurendada töötlemisvõimsuse marginaali mõnes töötlemisprotsessis, nagu ülalmainitud üleliigne mälu ja vahemälu, mis võimaldab kiibil õigeaegselt lahendada puhvri ajastuse probleeme ja võimalikke muudatusi; liiasus võib olla ka valikuline. Küps IP-tuum võib töökindlust maksimeerida, kuigi see ei pruugi olla kõige kiirem andmetöötluskiirus; liiasus võib võimaldada ka protsessoril teatud algoritmide arvutamisel kasutada stabiilset strateegiat, mitte tõhusat strateegiat, nii palju kui võimalik Vältige arvutusvigadest põhjustatud kahju.

Üldiselt ei ole koondamine üleliigne. Autonoomse juhtimise valdkonna insenerid on juhtinud tähelepanu järgmisele: "Paljud disaini aspektid on rusikareeglid. Nad võivad nõuda ajastuspuhvri pakkumiseks 30% marginaali. See suudab toime tulla füüsilises disainis esinevate ebatavaliste tingimustega. See marginaal ei ole mingil juhul raiskamine, pigem nagu füüsilise disaini või protsessi kriitiliste probleemide kindlustus."

Enne kui monokristallilisest ränist saab lõpuks kiip, mida saame kasutada, peab see läbima projekteerimise, valmistamise, pakendamise, testimise ja muud lingid. Üks pakendamise põhieesmärke on kaitsta sees olevat hapra matriitsi väliskeskkonna eest.

Võtke näiteks kosmosesõiduki kiibid. Tavalised tarbijatele mõeldud kiibid suudavad saavutada piisava kaitse plastpakendeid kasutades, samal ajal kui kosmosetööstuses kasutatavad kiibid on sageli pakendatud keraamikasse või metalli ning pakend on kaetud ka messingikihiga, et isoleerida kosmiline kiir ja kõrge temperatuuriga keskkond. Kiirgusest põhjustatud sekundaarsete mõjude vähendamiseks täidetakse pakkimisel ka spetsiaalne gaas.

Praegu on auto spetsifikatsiooni tase kõrgeim spetsifikatsiooni kiip, mida tarbijad näevad. Sõiduki eeskirjade nõuetest lähtudes peab selle töötemperatuur jõudma -40 kraadini kuni 125 kraadini, samuti peab see olema pikse-, niiskus- ja põrutuskindel. Seetõttu peavad autolaastud pakkimisel sageli arvestama soojuse hajumise ja tihendamise probleemidega. Praegu on enamik autokiipe SIP-i pakendatud. Enamik mooduleid, mis nõuavad suurt andmetöötluse stabiilsust, on pakendikaitseks integreeritud. Samal ajal väheneb erinevate moodulite vaheline suhtluskaugus ja väheneb võimalus andmeedastuse ajal mõjutada.

Tegelikult, olenemata sellest, kas tegemist on tööstusliku, autotööstuse või sõjalise kosmosesõiduki kiibiga, tuleb pärast mitmekordset ettevalmistusvooru varases etapis läbi viia range valik ja testimine. Iga klassi kiipe ei tooda kiibitootjad ja need on isesulguvad ning klassid tuleb kindlaks määrata pärast vastavate kodumaiste osakondade heakskiitu.

Praegu jagunevad kiibid laias laastus nelja klassi: tarbijaklassi, tööstusliku, autotööstuse ja sõjalise (lennunduse) klassi. Erinevate klasside ja spetsifikatsioonidega kiipidel on erinevad nõuded alates disainist kuni pakendamise ja testimisetappideni ning ka kasutusstsenaariumid on üsna erinevad. Üldiselt, mida kõrgemad on kiibi spetsifikatsioonid, seda suurem on kiibi liiasus, seda tihedam on pakend ning seda keerulisem ja rangem on testimisprotsess.