Txipa, zirkuitu integratua edozirkuitu integratu monolitikoa (IC,txip bat edomikrotxip bat esaten zaio)zirkuitu elektroniko miniaturizatu bat da, materialerdieroalezko elementu batean egina, eskuarkisiliziozkoa.MOSFET txiki asko (Metal oxido erdieroalezkoeremu-efektuko transistoreak) txip txiki batean integratzen dira. Hori gertatzen daosagai elektroniko diskretuekin eraikitakoak baino txikiagoak, azkarragoak eta merkeagoak diren zirkuituetan. Zirkuitu integratu[1]batean milakatik milioikatara dispositibo elektroniko egon daitezke. Txipetan batez erediodoak eta transistoreak egoten dira, baina elementu pasiboak ere izaten dira, adibidez, erresistentziak. Zirkuitu txertatuak ia tresna elektroniko guztietan erabiltzen dira, eta beraien erabilera izugarrizko iraultza izan da elektronikaren munduan.
EPROM memoria-mikrotxip baten zirkuitu integratua. Zirkuitu integratua paketatze-hankekin lotzen duten memoria-blokeak, euskarri-zirkuituak eta zilar-alanbre finak erakusten ditu.
Txipamasan ekoizteko gaitasuna, haren fidagarritasuna etazirkuitu integratuen diseinua erabat blokeatzeko ikuspegia direla eta, azkar hartu dira txip estandarizatuak,transistore diskretuak dituzten diseinuen ordez. Txipa ekipoelektroniko guztietan erabiltzen da orain, eta elektronikaren mundua goitik behera aldatu dute.Ordenagailuak,sakelako telefonoak etaetxeko beste aparatu batzuk gizarte modernoen egituraren zati banaezinak dira orain, eta zirkuitu integratuak txikiak eta merkeak dira, hala nolaprozesadore informatiko modernoak etamikrokontrolagailuak. Hauen ekoizpen merkeak eragin du gaur egungo gizarte modernoan hain erabiliak diren ordenagailu, mugikor eta beste tresnadigitalak eskuragarri izatea.
Eskala handiko integrazioa praktikan jarri zen,MOS gailu erdieroaleen fabrikazioan izandako aurrerapen teknologikoengatik. 1960ko hamarkadan sortu zirenetik, txipen tamainak, abiadurak eta gaitasunak izugarri egin dute aurrera, eta aurrerapen teknikoek bultzatuta, gero eta MOS transistore gehiago sartzen dira tamaina bereko txipetan – txip moderno batek milaka milioi MOS transistore izan ditzake giza azazkal baten tamainako eremu batean. Aurrerapen horiek,Mooreren legeari jarraituz gutxi gorabehera, gaur egungo ordenagailu-txipek hirurogeita hamarreko hamarkadaren hasierako ordenagailu-txipen ahalmena halako milioika eta milaka aldiz izatea eragiten dute.
Zirkuitu integratuek bi abantaila nagusi dituztezirkuitu diskretuen aldean: kostua eta errendimendua. Kostu txikia dute, osagai guztiak dituzten txipakfotolitografiako unitate gisa inprimatzen baitira, aldi berean transistore bat eraiki beharrean. Gainera, zirkuitu integratu ontziratuek askoz material gutxiago erabiltzen dute zirkuitu diskretuek baino. Errendimendua handia da, zirkuitu integratuaren osagaiak azkar aldatzen direlako eta potentzia nahiko txikia kontsumitzen dutelako, tamaina eta hurbiltasun txikia dutelako. Zirkuitu integratuen desabantaila nagusia da oso garestia dela haiek diseinatzea eta behar direnfotomaskarak egitea. Hasierako kostu handi horrek esan nahi du honenekoizpen handia aurreikusten denean baino ez dela bideragarria.
1949ko apirilean, Werner Jacobi[2]ingeniari alemaniarrak,erdieroaleak dituen eta anplifikagailuz osatutako zirkuitu txertatuak dituen dispositiborako lehenengopatente-eskaera egin zuen. Jacobik audifono txiki eta merkeak erakutsi zituen bere patentearen ohiko aplikazio industrial gisa.
Geoffrey Dummer, 1950eko hamarkadan.
Kontzeptuaren ideiaren lehen defendatzaileetako batGeoffrey Dummer izan zen (1909–2002), Britainia HandikoDefentsa MinisteriokoReal Radar Establishment-entzat lan egiten zuen radar-zientzialaria. Honek, zirkuituen txertaketa asmatu zuen[3] eta 1940ko hamarkadaren amaieran eta 1950ko hamarkadaren hasieran, Dummer-ek Erresuma Batuko Ministerioko Royal Radar Establezimenduan lan egin zuen. Dummer-ek 1952ko maiatzaren 7anWashingtonen osagai elektronikoen kalitatearen aurrerapenari buruzko sinposioan aurkeztu zion ideia jendeari.
Sinposio asko egin zituen jendaurrean bere ideiak zabaltzeko, eta 1956an zirkuitu hori eraikitzen saiatu zen, arrakastarik gabe. 1953 eta 1957 bitartean,Sidney Darlingtonek eta Yasuo Taruik (Laborategi Elektroteknikoa) antzeko txipak proposatu zituzten, non transistore batzuek eremu aktibo komun bat parteka zezaketen, baina ez zegoen isolamendu elektrikorik elkarrengandik bereizteko.[2]
Zirkuitu integratuaren ideia aitzindari bat zeramikazko substratu txikiak sortzea zen (SO izeneko mikromodoak),[4]bakoitza osagai miniaturizatu bakarrarekin. Orduan, osagaiak bi dimentsioko edo hiru dimentsioko sare trinko batean integratu eta kableatu daitezke. Ideia hori, 1957an oso itxaropentsua zirudien arren, Estatu Batuetako armadari proposatu zionJack Kilbyk[4], eta iraupen laburreko mikromoduluen programara eraman zuen (1951ko Tinkertoy proiektuaren antzekoa).[5][6]Hala ere, proiektua bultzatzen ari zen heinean, Kilbyk diseinu iraultzaile berri bat asmatu zuen: zirkuitu integratua.
Texas Instruments-ek[7] erabili berri duen Kilbyk 1958ko uztailean integratutako zirkuituari buruzko hasierako ideiak erregistratu zituen, eta 1958ko irailaren 12an zirkuitu integratu baten funtzionamenduaren lehen adibidea arrakastaz erakutsi zuen. Zirkuitu txertatu hau seitransistorez osatutakogermaniozko dispositibo bat zen. 1959ko otsailaren 6ko patente-eskaeran,[8]Kilbyk honela deskribatu zuen gailu berria: "material erdieroalez egindako gorputz bat…, non zirkuitu elektronikoaren osagai guztiak guztiz integratuta baitaude.[9]Asmakizun berriaren lehen bezeroaEstatu Batuetako Aire Indarra izan zen. Kilbyk, berriz, 2000FisikakoNobel saria irabazi zuen zirkuitu integratuaren asmakuntzan.[10]Hala ere, Kilbyren asmakuntzazirkuitu integratu hibridoa zen (zirkuitu integratu hibridoa), zirkuitu integratu monolitikoko txiparen ordez (zirkuitu integratu monolitikoa).[11] Kilbyren zirkuitu integratua kanpoko kable-konexioak zituen, eta horrek produzitzea zaildu zuen.[12]
Robert Noycek 1959an asmatu zuen lehen zirkuitu integratu monolitikoa. Txipa silizioz egina zegoen.
Kilby gertatu eta urte erdira,Robert Noycek-ekFairchild Semiconductorren benetako zirkuitu integratu monolitikoaren lehen txipa asmatu zuen. Sei hilabete behar izan zituen sortzeko, eta gero, patentatu zuen.[12][13]Zirkuitu integratu berri bat zen, Kilbyren inplementazioa baino praktikoagoa non Kilby-ren zirkuituaren zenbait arazo praktikori irtenbidea eman zien, adibidez, osagai guztien interkonexioarena. Noyceken diseinua silizioz eginda zegoen, eta Kilbyren txipa, berriz, germanioz. Noycek-ek zirkuitu integratu monolitikoak siliziozko txip batean jarri zituen osagai guztiak, eta kobrezko lerroekin konektatu zituen. [18] Noyceken zirkuitu integratu monolitikoa prozesu planarra erabiliz fabrikatu zen,Jean Hoerni lankideak 1959aren hasieran garatua. Txip modernoak Noyceken txip monolitikoan oinarritzen dira, Kilbyren txip hibridoaren ordez. Noycek zirkuitu txertatuen aurrelaria eta gaur egungo zirkuitu txertatuen ekoizle famatuaren, Intel Corporation, kofundatzailea izan zen.
NASAren Apolo programa izan zen 1961 eta 1965 artean zirkuitu integratuen banakako kontsumitzaile handiena.[14]
Zirkuitu txertatuak gaur egungo gailu elektroniko guztietan topa daitezke,erlojuetan,autoetan,telebistetan,MP3 erreproduzitzaileetan,telefono mugikorretan, ordenagailuetan,medikuntzako ekipamenduetan eta abar. Erdieroaleek huts-balbulen zenbait funtzio egin zezaketela esperimentalki frogatu zenean, teknologia honen garapena posiblea izan zen. Egiaztapen hauek, saiakuntza-ikerketa batzuen ondorioz lortu ziren.
Aurrerapen izugarria gertatu zentransistore kopuru handiak txip txikietan txertatzea lortu zenean.
Balbulez eta osagai diskretuz osaturiko zirkuituak azkar ordeztu ziren. Ordezkapen hau hiru arrazoi nagusiengatik gertatu zen: zirkuitu txertatuen ekoizpen masiboa, beraien fidagarritasuna eta hauei konplexutasuna gehitzeko erraztasuna.
Hiru dira zirkuitu txertatuen abantailak zirkuitu tradizionalekiko: kostu baxua, efizientzia energetiko hobea eta tamaina txikia. Zirkuitu haueksiliziozko olata bateanfotolitografiaz inprimatzen direnez, beraien kostua baxua da. Prozesu honi esker, zirkuitu txertatuak kate-produkzioan kantitate handietan ekoiztu daitezke akats gutxiekin. Zirkuituen osagaiak oso txikiak direnez efizientzia hobea ematen da, eta hauen energia-igorpena osagai diskretuz osatutako zirkuituen igorpena baino askoz txikiagoa da. Zirkuitu txertatuen eta zirkuitu tradizionalen tamainan desberdintasun handia dago. Osagai diskretuz osaturiko zirkuitu batean transistore batek milimetro karratu batzuk hartzen ditu eta zirkuitu txertatu batean, aldiz, milioika transistore sartu daitezke milimetro karratu batzuetan. XX. mendearen erdialdean gailu erdieroaleen ekoizpenean egondako garapenek ahalbidetu zuten zirkuitu txertatuen garapena.
Mikroprozesadoreak dira zirkuitu txertatu konplexuenak eta garatuenak. Hauek gailu ugari kontrolatzen dituzte, telefono mugikorretatik eta mikrouhinen labeetatik ordenagailuetaraino.
CMOS transistore bat
Memoria digitaletako txipak zirkuitu txertatuen familiakoak dira, eta gaur egungo gizarte modernorako garrantzia handia daukate. Zirkuitu txertatu bakarra diseinatzea eta ekoiztea oso garestia da, baina milioika unitate fabrikatzerakoan kostua minimora jaisten da. Zirkuitu txertatuen efizientzia oso altua da, hauen tamaina txikiagatik. Honek konexio laburrak eta abiadura altukoak izatea baimentzen du, eta horrela, erabilitako logika kontsumo baxukoa da, adibidezCMOS. Urteak pasa ahala, zirkuitu txertatuak asko garatu dira: ezaugarri, prestakuntza, errendimendu, energia-kontsumo, efizientzia eta eraginkortasun hobeekin (ikus Mooreren legea).
Nahiz eta erabiltzaileak ez hauteman aldaketa azkar hauek, fabrikatzaileen artean konpetentzia izugarria dago. Adibidez, hurrengo urteetan zirkuitu txertatuen munduan gertatuko diren aldaketak International Technology Roadmap for Semiconductors delakoak adierazten ditu.
James L. Buiek garatu zuentransistore-transistore logika (TTL) 1960aren hasieran, TRW Inc-ean. TTL izan zen zirkuitu integratuaren teknologia nagusia 1970eko hamarkadan, 1980aren hasieran.[15]
Fabrikatzeko lehen MOS zirkuitu integratu esperimentala 16 transistoreko txip bat izan zen, Fred Heimanek eta Steven HofsteinekRCAn 1962an eraikia.[21] Ondoren, General Microelectronics-ek MOS zirkuitu integratu komertziala sartu zuen 1964an,[22] Robert Normanek garatutako 120 transistorekotruke-erregistro bat. 1964an, MOS txipek transistore dentsitate handiagoa zuten, eta fabrikazio-kostuaktxip bipolarrak baino txikiagoak ziren. MOS txipak are konplexuagoak izan zirenMooreren legeak aurreikusitako erritmoan, eta, ondorioz, eskala handiko integrazioa (LSI) egin zen, ehunkatransistorerekin MOS txip bakar batean 1960aren amaieran.[23]
Robert Kerwin-ek,Donald Klein-ek eta John Saracek Bell Labs-en MOSFET ate autolerrokatua (silikonazko atea) garatu ondoren, 1967an, Fairchild Semiconductorren 1968an zirkuitu integratu guztien oinarria den silikonazko atedun MOS txipa lehen teknologia garatu zuenFederico Faggin.[24] Konputazioari MOS LSI txipak aplikatzea izan zen lehen mikroprozesadoreen oinarria, ingeniariak onartzen hasi baitziren prozesadore informatiko oso bat MOS LSI txip bakar batean egon zitekeela. Horren ondorioz, 1970eko hamarkadaren hasieran,mikroprozesadorearen etamikrokontrolatzailearen asmakuntzak sortu ziren. 1970eko hamarkadako lehen urteetan, MOS zirkuitu integratuen teknologiari esker, 10.000 transistore baino gehiago txip bakar batean integratu ziren eskala handian (VLSI).[25]
Hasieran, MOSetan oinarritutako konputagailuek zentzua zuten dentsitate handia behar zenean, hala nola kalkulagailuaeroespazialak eta sakelakokalkulagailuak. TTLtik aurrera, 1970ekoDatapoint 2200 bezala, osoki eraikitako konputagailuak askoz azkarragoak eta ahaltsuagoak izan ziren txip-bakarreko mikroprozesadoreak baino, hala nola 1972koIntel 8008, 1980ko hasiera arte.[16]
Mende erdi bat besterik ez da igaro zirkuitu txertatuak garatzen hasi zirenetik, eta gaur egun nonahi aurki ditzakegu. Ordenagailuak, mugikorrak eta beste hainbat aplikazio digital gizarte modernoaren parte bilakatu dira.Informatika,komunikazioak,manufakturak,garraio-sistemak etainternet besteak beste, zirkuitu txertatuen menpe daude. Gainera, hainbat adituk diotenez, zirkuitu txertatuek sorturiko iraultza gizakiaren historiako handienetarikoa izan da.
Gutxienez hiru mota ezberdineko zirkuitu txertatuak daude:
Zirkuitu monolitikoak: monokristal batekin eratuta daude. Normalean siliziozkoak izaten dira, bainagermanio, galio arseniuro edosilizio-germanioarekin egindakoak ere aurki daitezke.
Geruza meheko zirkuitu hibridoak: zirkuitu monolitikoen oso antzerakoak dira, baina, teknologia monolitikoarekin eraikitzerakoan, osagai zailak erabili dira. A/D bihurgailu eta D/A bihurgailu asko teknologia hibridoan eraiki ziren, teknologiaren garapenakerresistentzia zehatzak eraikitzea ahalbidetu zuen arte.
Geruza lodiko zirkuitu hibridoak: Zirkuitu monolitikoetatik aldentzen dira. Kapsula gabeko zirkuitu monolitikoz osatuta egon ohi dira,transistoreak,diodoak eta abar oinarri dielektriko batean kokatuta eta pista eroalez konektaturik.Erresistentziakserigrafia bidez jarri etalaser-ebaketa bat eginez doitzen dira. Hau guztia plastikozko edo metalezko kapsuletan sartzen da, xahutzen den beroaren arabera. Kasu askotan, kapsula ez da moldeatzen, etaepoxi erretxinarekin estaltzen da babes handiagoa lortzeko. Zirkuitu hauekirrati-frekuentzia moduluetan (RF),elikadura-iturri, autoetako abioetan eta abar aurki daitezke.
Beste aldetik, Integratutako funtzioen arabera zirkuitu integratuak sailka daitezkeanalogikoan,digitalean[26] etaseinale mistoan, hots, seinale analogiko eta digitaletan, txip berean.
Zirkuitu integratu digitalek milaka milioi[27]ate logiko,biegonkor,multiplexadore eta beste zirkuitu batzuk izan ditzakete milimetro karratu gutxi batzuetan. Zirkuitu horien tamaina txikiari esker, abiadura handia, potentzia txikiko disipazioa eta fabrikazio-kostu txikia lor daitezke, junturan integratuta dagoenarekin alderatuta. Zirkuitu digital horiek, eskuarki mikroprozesadoreak, DSP eta mikrokontrolagailuak, aljebra boolearra erabiltzen dute "bat" eta "zero" seinaleak prozesatzeko. Oinarrizkoate logiko batzuetatik (AND, OR, NOT)mikroprozesagailu edo mikrokontrolatzaile batzuetaraino izan daitezke. Zirkuitu integratu aurreratuenen arteanmikroprozesadoreak edo "nukleoak" daude,ordenagailu pertsonaletan, zelularretan,mikrouhin-labeetan eta abarretan erabiltzen direnak. Zenbait nukleo sar daitezke txip edo zirkuitu integratu bakar batean. Memoria digitaleko txipak eta aplikatzekozirkuitu integratu espezifikoak (ASIC) zirkuitu integratuen beste familia batzuen adibideak dira.
Zirkuitu integratuek zirkuitu analogikoak eta digitalak txip batean konbinatu ditzakete, bihurgailuanalogiko-digitalak eta bihurgailudigital-analogikoak sortzeko. Seinale mistoko zirkuituak zirkuitu horiek baino txikiagoak eta merkeagoak dira, baina kontuan izan behar dute seinalearen interferentzia. Laurogeita hamarreko hamarkadaren amaiera baino lehen,irratiak ezin ziren mikroprozesadoreen kostu txikikoCMOS prozesu beretan fabrikatu. Baina 1998az geroztikRF CMOS prozesuak erabiltzen dituzten irrati-txipak garatu dira. Adibidez, IntelenDECT haririk gabeko telefonoa edo Atherosek eta beste enpresa batzuek sortutako802.11 txipak (Wi-Fi).
Orokorrean zirkuitu txertatuen fabrikazioa konplexua da, osatzen duten osagaien integrazioa espazio oso txiki batean egin behar delako. Bestalde, zirkuitu zaharragoekin alderatuz, muntaia eraginkorragoa eta azkarragoa da.
Zirkuitu integratu sinpleen lehen egunetan, teknologiaren eskala handiaktransistore gutxi batzuetara mugatzen zuen txip bakoitza, eta integrazio-maila apalak esan nahi zuen diseinu-prozesua nahiko sinplea zela. Fabrikazio-errendimenduak ere nahiko txikiak ziren, egungo arauen arabera. Metal/oxido/erdieroalearen (MOS) teknologiak aurrera egin ahala, milioika eta milaka milioi transistore MOS txip bakar batean jar zitezkeen, eta diseinu honek plangintza zehatza eskatzen zuten, diseinu elektronikoaren automatizazio-eremua edo EDA sortuz. SSI eta MSIzko txip batzuk, hala nolatransistore diskretuak, oraindik pixkanaka sortzen dira, bai ekipo zaharrak mantentzeko, bai ate gutxi batzuk behar dituzten gailu berriak eraikitzeko.
Txipak erabilitako osagai-kopuruaren arabera sailkatu daitezke:
SSI (ingelesez, Small Scale Integration) maila txikia: 10-100 transistore.
MSI (ingelesez, Medium Scale Integration) maila ertaina: 101-1.000 transistore.
LSI (ingelesez, Large Scale Integration) maila handia: 1.001-10.000 transistore[28].
VLSI (ingelesez, Very Large Scale Integration) maila oso handia: 10.001-100.000 transistore.
ULSI (ingelesez, Ultra Large Scale Integration) maila ultra handia: 100.001-1.000.000 transistore[29].
GLSI (ingelesez, Giga Large Scale Integration) maila giga handia: milioi bat baino transistore gehiago.
Lehenengo zirkuitu integratuek transistore batzuk baino ez zituzten. Dozenaka transistore zituzten lehen zirkuitu digitalek ate logiko gutxi batzuk eman zituzten, eta lehenengo zirkuitu integratu linealek, hala nolaPlessey SL201 edoPhilips TAA320, bi transistore baino ez zituzten. Zirkuitu integratu bateko transistore kopurua izugarri handitu da ordutik. "Eskala handiko integrazioa" (LSI) terminoaIBM Rolf Landauer-eko zientzialariak erabili zuen lehen aldiz kontzeptu teorikoa deskribatzean;[30] termino horrek honako termino hauek sortu zituen: "eskala txikiko integrazioa" (SSI), "eskala handiko integrazioa" (MSI), "eskala handiko integrazioa" (VLSI) eta "eskala ultra handiko integrazioa". Lehenengo zirkuitu integratuak SSI izan ziren.
SSI zirkuituak funtsezkoak izan ziren lehen proiektu aeroespazialetarako, eta proiektuaeroespazialek teknologiaren garapena inspiratzen lagundu zuten. BaiMinuteman misilen programak baiApollo programak ordenagailu digital arinak behar zituzten inertzia-orientazioko sistemetarako.Apollo Guidance konputagailuak zirkuitu integratuaren teknologia gidatu eta bultzatu zuen arren, Minuteman misilak bultzatu zuen masa ekoizpena. Minuteman misil-programak eta Estatu Batuetako Itsas Armadako beste programa batzuek $4 milioi zirkuitu integratuen merkatua osatu zuten 1962an, eta 1968rako, Estatu Batuetako Gobernuak espazioari eta defentsari dagokienez egindako gastua $312 milioiko ekoizpen osoaren %37 zen artean.
Lehen aplikaziokoMOS txipak eskala txikiko integrazio-txipak (SSI) izan ziren.Mohamed M. Atalla MOS zirkuitu integratuko txipak 1960an egindako proposamenari jarraituz,[31] fabrikatu beharreko lehen MOS txip esperimentala 16 transistoreko txip bat izan zen, Fred Heimanek eta Steven HofsteinekRCAn 1962an eraikia.[21] MOS SSI txipen lehen aplikazio praktikoaNASArensateliteentzat izan zen.
Zirkuitu integratuak garatzeko hurrengo urratsean, txip bakoitzean ehunka transistore zituzten gailuak sartu ziren, "eskala ertaineko integrazioa" (MSI) izenekoak.
MOSFET eskala-teknologiari esker, dentsitate handiko txipak eraiki ziren.[19] 1964an, MOS txipek transistore dentsitate handiagoa zuten, eta fabrikazio-kostuaktxip bipolarrak baino txikiagoak ziren.[23]
1964an,Frank Wanlass-ek 16 bitekodesplazamendu erregistro bat erakutsi zuen, 120 MOS transistore zituen txip bakar harrigarri batekin.[32] Urte berean,General Microelectronics-ek MOS zirkuitu integratuko lehen txip komertziala sartu zuen, PA kanaleko 120 MOS transistorekoa.[22] 20 biteko erregistroa izan zen, Robert Norman[21] eta Frank Wanlass-ek garatua. MOS txipak are konplexuagoak izan zirenMooreren legeak aurreikusitako erritmoan, eta, hala, 1960aren amaieran, ehunka MOSFET zituzten txipak sortu ziren txip batean.
Garapen handiago batek, MOSFET eskalako teknologia eta faktore ekonomiko berak bultzatuta, 1970eko hamarkadaren erdialdean "eskala handiko integrazioa" (LSI) ekarri zuen, dozenaka mila transistore txip bakoitzeko.
SSI, MSI eta LSI eta VLSI goiztiarrak prozesatzeko eta fabrikatzeko erabiltzen diren maskarak (adibidez, 1970eko hamarkadako lehen urteetako mikroprozesadoreak) eskuz sortu ziren, sarritan zinta itsasgarria edo antzekoak erabiliz.[33]Zirkuitu integratu handi edo konplexuetarako (memoriak edo prozesadoreak, esaterako), zirkuituen banaketaz bereziki kontratatutako profesionalek egin zuten maiz, eta ingeniari-talde batek gainbegiratuta jarri ziren; hark, zirkuituen diseinatzaileekin batera, maskara bakoitzaren zehaztasuna ikuskatu eta egiaztatuko zuen.
1K-biteko RAMak, kalkulagailuko txipak eta lehen mikroprozesadoreak, 1970eko hamarkadaren hasieran neurrizko kantitatean hasi zirenak, 4.000 transistore baino gutxiago zituzten. LSIko benetako zirkuituak, 10.000 transistore ingurura hurbiltzen direnak, 1974 inguruan hasi ziren, ordenagailuaren memoria nagusientzat eta bigarren belaunaldiko mikroprozesadoreentzat.
"Eskala oso handiko integrazioa" (VLSI) 1980. urtearen hasieran hasi zen garatzen, ehunka mila transistorerekin, eta, 2016. urtetik aurrera,transistoreen kontaketak hazten jarraitzen du, txip bakoitzeko hamar mila milioi transistore baino gehiago.
Diseinu elektronikoko tresnak hobetu egin ziren, eta diseinuak arrazoizko denboran bukatzea praktikoa izan zen. Energiaren ikuspegitik eraginkorrenak diren CMOSek NMOS eta PMOS direlakoak ordezkatu zituzten, eta energiaren kontsumoa ez zen nabarmen handitu. VLSI gailu modernoen konplexutasuna eta dentsitatea ez zen posible maskarak egiaztatzea edo jatorrizko diseinua eskuz egitea. Ingeniariek, berriz, EDA tresnak erabiltzen dituzte egiaztapen funtzionaleko lan gehiena egiteko.[34]
Konplexutasunaren hazkunde handiagoa islatzeko, ULSI hitza proposatu zen, hau da, "eskala ultra handiko integrazioa", milioi bat transistore baino gehiagoko txipetarako.[35]
Wafer eskalan integrazioa (WSI) oso zirkuitu integratu handiak eraikitzeko bitarteko bat da, siliziozko olata oso bat erabiltzen dutenak "supertxip" bakarra sortzeko. Tamaina handiko eta ontzi txikietako konbinazioaren bidez, WSIk kostuen murrizketa bortitza eragin lezake sistema batzuentzat, bereziki modu masiboan paraleloak diren superordenagailuentzat. Izena Integrazio handia terminotik hartzen da, WSI garatzen ari zen teknikaren egungo egoera.[36]
Txip bateko sistema bat (SoC edo SOC) zirkuitu integratu bat da, eta bertan ordenagailu edo sistema baterako behar diren osagai guztiak txip bakar batean sartzen dira. Horrelako gailu baten diseinua konplexua eta garestia izan daiteke, eta, errendimendu-onurak, berriz, beharrezkoak diren osagai guztiak txip bakar batean integratuz lor daitezke; lizentziaren kostua eta txip bakarreko makina baten garapena, berriz, gailu bereiziak baino handiagoak dira oraindik. Lizentzia egokiekin, eragozpen horiek konpentsatu egiten dira fabrikazio- eta muntaketa-kostu baxuagoekin eta energia-aurrekontu oso txikiarekin: osagaien arteko seinaleak mugitzen direnez, askoz energia gutxiago behar da.[37]Gainera, seinale-iturriak eta helmugak fisikoki hurbilago daude txipetik, kableatuaren luzera murriztuz eta, beraz, baita latentzia,transmisio-kostuak eta moduluen arteko komunikazioaren hondar-beroa ere, txip berean. Horren ondorioz, Novo-on-Chip (NoC) gailuak aztertu dira. Gailu horiek txipetako sistemak diseinatzeko metodologiak aplikatzen dituzte komunikazio digitaleko sareetan, ohikobusen arkitekturen ordez.
Hiru dimentsioko zirkuitu integratu batek (3D-IC) zirkuitu bakar batean bertikalki eta horizontalki integratzen diren osagai elektroniko aktiboen bi geruza edo gehiago ditu. Geruzen arteko komunikazioak seinaleztapen bakarra erabiltzen du; beraz, energia askoz gutxiago kontsumitzen da zirkuitu bereizi baliokideetan baino. Kable bertikal laburrak zentzuz erabiltzeak nabarmen murriztu dezake kablearen luzera osoa, funtzionamendu azkarragoa lortzeko.[38]
Zirkuitu integratuak egiterakoan, muga fisiko eta ekonomikoak agertzen dira. Teknologia garatzean mugak aldentzen diren arren, ez dira desagertzen. Hauek dira horietako batzuk:
Zirkuitu elektrikoek potentzia xahutzen dute. Zirkuituko osagai-kopurua handitzen bada, zirkuitua gehiago berotuko da, eta xahutuko den potentzia handiagoa izango beharko da. Gainera, kasu askotan berrelikadura positiboa denez,tenperaturaren igoerak korronte handiagoak eragingo ditu. Fenomeno honi neurrigabeko beroketa termikoa deitzen zaio. Beroketa honek zirkuitua apurtu dezake. Audio-anplifikagailuak eta tentsio-erregulatzaileak fenomeno hau jasateko erraztasuna dutenez, bero-babesa eramaten dute.
Potentzia-zirkuituak energia gehien xahutzen dutenak dira. Hau dela eta, metalezko zatiak dituen kapsula bat eramaten dute. Metal zati hauek txiparekin kontaktuan daudenez, beroa disipatzen dute. Hala ere,silikonaz egindako kapsula berriekenergia gehiago disipatzen dute tamaina txikiagoarekin besteek baino.
Zirkuitu digitalek arazo hau konpontzen dute elikadura-tentsioa txikituz eta kontsumo txikiko teknologiak erabiliz. Hala ere, integrazio gehiago eta abiadura gehiago duten zirkuituetan, beroaren xahutzea da arazorik handienetarikoa.
Efektu hau zirkuituaren, txiparen eta kapsularen arteko konexio elektrikoei eragiten dio, bere frekuentzia mugatuz. Zirkuitu digitaletan bus kitzikatzaileetan, erloju-sorgailuetan, irratietan, mikrouhinetan eta abar oso garrantzitsua da inpedantzia(Z) mantentzea.
Erresistentziak: Ez dira oso erabiliak, oso handiak direlako. Hau dela eta, balioohmniko(Ω) gutxikoak erabiltzen dira eta MOS teknologian ia ezabatu egiten dira.
Kondentsadoreak: Beraien tamaina dela eta, balorefaradiko (f) txikikoak izango dira. Adibidez, μA741 anplifikadorean, kondentsadorea txiparen tamainaren laurdena izango da.
Induktoreak: irrati-frekuentziako zirkuituetan erabiltzen dira, gehienak hibridoak izanik. Orokorrean ez dira integratzen.
Fabrikazio-prozesuetan akatsak pilatzen dira. Honek bukaerako produktuan akats batzuk ekarriko ditu. Hau dela eta, memoria zirkuituetan, milioika transistore dituztenak, beharrezkoak baino gehiago instalatzen dira, akatsak dituztenak ordezkatu ahal izateko.
