Od potrošačke do zrakoplovne, koja je razlika između čipova?

Podjela čipova na stupnjeve zapravo je podjela surovosti okruženja primjene čipova. Naši uobičajeni čipovi obično se dijele u četiri kategorije, civilna klasa (korisnička klasa), industrijska klasa, automobilska klasa i vojna klasa (zrakoplovna klasa). Trenutačno, čip s najvišim specifikacijama kojem možemo pristupiti je čip za specifikacije automobila. U usporedbi s čipovima za potrošače, čipovi za automobile mogu izdržati ekstremnije temperature i okruženja uporabe.

Budući da su vojni čipovi i čipovi za automobile toliko moćni, ne bi li bilo dovoljno učiniti da svi čipovi u najvećoj mogućoj mjeri zadovoljavaju standarde čipova visoke kvalitete?

Ocjenjivanje čipova nije tako jednostavno. To zapravo uključuje cijeli proces dizajna strujnog kruga, proizvodnog procesa i konačnog pakiranja i testiranja čipova. Visokostandardni čipovi možda neće biti prikladni za druge razine okruženja. Prije svega, čipovi s višim specifikacijama često znače više cijene, a plaćanje nemogućih scenarija primjene smanjit će isplativost čipova. Štoviše, nije da što je viša razina čipa, to je veća brzina obrade. Ponekad će čip žrtvovati dio performansi kako se ne bi srušio u slučaju posebnih scenarija primjene.

Jednostavno govoreći, dizajn zalihosti je povećati pouzdanost čipa u zamjenu za povećanje ulaganja resursa.

Postojanje redundantnih sklopova u čipu nije gubitak, jer čip treba biti potpuno spreman kada se suočava s nepoznatim zadacima kako bi se smanjila mogućnost zastoja u posebnim okolnostima. Stručnjaci za dizajn čipova objašnjavaju redundantni sklop: "Možemo skrojiti sustav da ima dovoljno međuspremnika između procesora i memorije tako da, čak i ako je memorija maksimalno opterećena i postoji maksimalni protok transakcija između procesora i latencija memorije, procesor može pokriti mnoga transakcijska pitanja". Određene redundantne predmemorije mogu spriječiti padove kada se memorija prelije tijekom obrade velikih paralelnih zadataka. Osim toga, isti učinak može se postići i za dizajn redundancije memorije.

Naravno, projektiranje redundantnih sklopova nije jednostavno kopiranje i lijepljenje. Na primjer, tvornica čipova može povećati marginu kapaciteta obrade u nekim procesima obrade, kao što je gore spomenuta redundantna memorija i predmemorija, što može omogućiti čipu da se nosi s problemima vremena međuspremnika i mogućim promjenama na vrijeme; redundantnost također može biti izborna. Zrela IP jezgra, iako nije nužno najbrža računalna brzina, može maksimizirati pouzdanost; redundantnost također može omogućiti procesoru da usvoji stabilnu strategiju umjesto učinkovite strategije pri računanju određenih algoritama, što je više moguće Izbjegnite štetu uzrokovanu pogreškama u izračunu.

Općenito, redundancija nije suvišna. Inženjeri u području autonomne vožnje u industriji istaknuli su: "Mnogi aspekti dizajna su pravila od palca. Oni mogu tražiti 30% margine kako bi osigurali vremenski međuspremnik. To može podnijeti nenormalne uvjete koji se javljaju u fizičkom dizajnu. Ova marža nipošto nije rasipanje, više kao osiguranje za kritične probleme fizičkog dizajna ili procesa."

Prije nego što komad monokristalnog silicija konačno postane čip koji možemo koristiti, mora proći kroz dizajn, proizvodnju, pakiranje, testiranje i druge veze. Jedna od glavnih svrha pakiranja je zaštita lomljive matrice koja se nalazi u njoj od vanjskog okruženja.

Uzmimo čipove zrakoplovne kvalitete kao primjer. Obični čipovi za široku potrošnju mogu postići dovoljnu zaštitu korištenjem plastičnih pakiranja, dok su čipovi za zrakoplovstvo često pakirani u keramiku ili metale, a paket je također obložen slojem mesinga za izolaciju kozmičkih zraka i okruženja visoke temperature. Kako bi se smanjili sekundarni učinci uzrokovani zračenjem, prilikom pakiranja se puni i poseban plin.

Trenutačno je razina specifikacije automobila najviša specifikacija čipa koju potrošači mogu vidjeti. Sudeći prema zahtjevima propisa za vozila, njegova radna temperatura mora doseći -40 stupnjeva do 125 stupnjeva, a također mora biti otporan na munje, vlagu i udarce. Stoga čipovi za automobile često moraju uzeti u obzir rasipanje topline i probleme s brtvljenjem prilikom pakiranja. Trenutno je većina automobilskih čipova pakirana u SIP. Većina modula koji zahtijevaju visoku računalnu stabilnost integrirani su zajedno radi zaštite pakiranja. Istodobno se smanjuje komunikacijska udaljenost između različitih modula, a smanjuje se mogućnost utjecaja tijekom prijenosa podataka.

Zapravo, bilo da se radi o čipu za industrijsku, automobilsku ili vojnu zrakoplovno-svemirsku upotrebu, nakon više rundi pripreme u ranoj fazi, na kraju se moraju provesti strogi odabir i testiranje. Čipove svakog stupnja ne proizvode proizvođači čipova i oni su samozatvoreni, a stupnjeve je potrebno odrediti nakon odobrenja relevantnih domaćih odjela.

Trenutačno su čipovi grubo podijeljeni u četiri razreda, potrošački, industrijski, automobilski i vojni (zrakoplovni). Čipovi različitih razreda i specifikacija imaju različite zahtjeve od dizajna do pakiranja i faza testiranja, a scenariji uporabe također su prilično različiti. Općenito, što su veće specifikacije čipa, to je dizajn čipa više redundantan, to je paket čvršći, a postupak testiranja kompliciraniji i stroži.