История Отечественного производства микроэлектроники.
Факультет радиоэлектроники, телекоммуникаций и мультимедийных технологий
РЕФЕРАТ
По дисциплине:«ЦУиМП»
На тему: «Оперативное запоминающее устройство Отечественного производства.»
Выполнила студентка 4 курса
гр. Р-351 Кадилова Д.З.
Проверил: ст.пр. Семиляк А.И.
Махачкала 2016
Содержание
Ø Введение..................................................................................................................3
Ø История Отечественного производства микроэлектроники…………..………4
Ø Микроэлектронное производство в России…………………………………….6
Ø Особенности построения и основные параметры типовых ОЗУ......................10
Ø Энергозависимая и энергонезависимая память…………………………..……11
Ø Классификация и основные характеристики ОЗУ.............................................12
ü Кэш-память..............................................................................................12
ü Статическая память (SRAM)....................................................................13
ü Динамическая память (DRAM)................................................................14
Ø Прогресс технологии…………………………………………………………....15
Ø Микросхемы и модули..........................................................................................16
Ø Логическая организация памяти..........................................................................17
Ø Дополнительная (expanded) память.....................................................................18
Ø Расширенная (extended) память............................................................................18
Ø Заключение.............................................................................................................20
Ø Список используемой литературы........................................................................21
Полноценное импортозамещение технологий, курс на которое объявлен в высших сферах российской власти, невозможно без преодоления отставания в области электроники и микроэлектроники, на которых базируется развитие большинства современных гражданских и военных отраслей экономики и промышленности и в целом информационного общества.
Введение
В настоящее время 80 % производства микроэлектроники в России, находится у 3 зеленоградских предприятий — ЗАО «ПКК Миландр», НИИМЭ и Микрон и ОАО «Ангстрем». Они производят микросхемы статической оперативной памяти, постоянной многократно перепрограммируемой памяти, постоянной однократно программируемой памяти и специализированные микросхемы памяти (с последовательным вводом/выводом информации, масочные и т. п.)
Другие крупные российские производители микросхем памяти находятся в Новосибирске. Это ФГУП НПО «Восток»[1] и ФГУП НЗПП с ОКБ. Они производят микросхемы постоянной памяти с ультрафиолетовым стиранием, микросхемы статической оперативной памяти и другие микросхемы памяти. Доля этих двух производителей примерно 15 % от общей номенклатуры российских микросхем памяти. Доля остальных производителей микросхем памяти в России незначительна.
Основная отрасль потребления российских микросхем памяти — это предприятия производящие электронное оборудование для авиации, ракетно-космической техники, специальных систем связи, военной техники и других особо надежных отраслей. Почти все отечественные микросхемы памяти (свыше 90 %) производятся в металлокерамических корпусах для поверхностного монтажа.
История Отечественного производства микроэлектроники.
По некоторым оценкам, СССР входил в тройку ведущих мировых производителей электронных приборов, выпуская почти все их виды на собственной элементной базе, с неплохими экономическими показателями.
Производство электронных и радиоприборов в СССР курировали несколько ведомств в составе Миноборонпрома. Крупнейшие структуры, работающие, помимо военных, на гражданские нужды, – Министерство промышленности средств связи (основано в 1946 г ., объединено с Минсвязи в 1989 г .), которое занималось развитием радиоэлектронной отрасли, включая производство средств связи, радиоизмерительной и электромагнитной аппаратуры, электрохимических источников тока, и Министерство электронной промышленности СССР (образовано в 1965 г ., упразднено в 1991 г .), обеспечивавшее приборостроительные заводы элементной базой. Впрочем, оба эти ведомства тоже входили в состав военнопромышленного комплекса СССР, и продукция гражданского назначения в структуре их выпуска составляла лишь 5–15% [«Телеком в авангарде прогресса». URL: http://2010.pcweek.ru/expert-6.hp (дата обращения: 10.03.2015)].
«Обращаясь сегодня к истории страны и развитию отечественной радиоэлектроники, понимаешь, что эта зацикленность на оборонных проблемах стала в конце концов одной из причин нашего отставания и поражения в технологической гонке», – пишет исследователь российского ВПК Н. С. Симонов в книге «Несостоявшаяся информационная революция»3, приводя подробный анализ становления и развития советской электронной промышленности и причин ее постепенной деградации.
Годом зарождения микроэлектронной отрасли СССР принято считать 1962 г ., когда вышло постановление правительства о создании в Зеленограде НПО «Научный центр», ставшего головной организацией нового Министерства электронной промышленности. В 1966 г . в НПО входили шесть НИИ и пять опытно-промышленных заводов, а к середине 1976 г . – уже 39 предприятий с общей численностью персонала более 80 тыс. чел.4
Принятая в рамках НПО схема концентрации под единым началом всех направлений развития микроэлектроники – от технологий и оборудования до микросхем, возможно, самое удачное решение советского руководства по развитию микроэлектроники, – считает Н. С. Симонов. По сути, была практически с нуля создана целая подотрасль микроэлектроники, во многом копирующая организационную структуру западных промышленных корпораций.
На первом этапе создание принципиально новой продукции удавалось советским электронщикам не хуже, чем зарубежным коллегам. Некоторые примеры отечественных пионерных разработок приводит Б. М. Малашевич в своей книге «История отечественной электронной компонентной базы».
Так, отечественная полупроводниковая интегральная схема (ИС) Р12–2 и гибридные схемы (ГИС) «Квант» стали первыми в мире универсальными элементами. При этом они сразу же пошли в серийное производство, продолжавшееся более 30 лет (первые американские ИС были триггерами – схемами ограниченного применения, они так и остались экспериментальными).А радиоприемник «Микро» зеленоградского производства был первым в мире функционально законченным изделием потребительской микроэлектроники; в 1960-е он активно экспортировался в страны Запада, в том числе во Францию, Англию и др., Н. С. Хрущев дарил его в качестве сувенира лидерам иностранных держав, например, Г. Насеру, королеве Елизавете.
Примечательно, что это лидерство СССР мог бы удерживать довольно долго. Так, однокристалльные 16-разрядные микро-ЭВМ, разработанные в Научно-исследовательском институте технических тканей и в Ленинградском конструкторско-технологическом бюро в 1979 г ., по своим характеристикам превосходили параметры единственного на тот момент американского аналога. Однако, как ни парадоксально, но мы сами отказались от этого лидерства. Оригинальные разработки электронщиков не были востребованы потребителями микросхем – создателями радиоэлектронной аппаратуры (которые в основном подчинялись совсем другим ведомствам и министерствам), и под их давлением постепенно вытеснялись и замещались воспроизводством зарубежных аналогов.
«Многие заводы занимались воспроизводством зарубежной радиоэлектронной аппаратуры и требовали от своих смежников комплектующие, включая интегральные схемы, аналогичные зарубежным образцам. Часто эти требования оформлялись в виде
постановлений ЦК КПСС и Совета министров СССР, обязательных к исполнению, – описывает ситуацию Б. М. Малашевич. – Аналогично поступали и те, кто разрабатывал оригинальную аппаратуру. Они заказывали не интегральную схему с определенными функцией и параметрами, а называли зарубежный аналог и требовали в точности его воспроизвести».
По мнению Н. С. Симонова, выбор такого пути отчасти объяснялся некоторым неверием военного и политического руководства в силу советской науки и техники: «Вдруг наши инженеры не справятся с постоянно усложняющимися проблемами электроники, и тогда СССР окажется безоружным перед лицом враждебного окружения? Поэтому надежнее заимствовать западные разработки, даже если это приведет к отставанию»6.
В итоге в советской радиоэлектронике постепенно утвердился «метод обратной инженерии» – послойного анализа и воспроизведения американских микросхем, что привело к отставанию отечественной элементной базы, а вслед за ней – и радиоэлектронных изделий как минимум на 2–8 лет7. Когда же на рубеже 1980-х началась эпоха сверхбольших интегральных схем, такое развитие стало практически невозможным.
Не спасло положение даже внедрение революционного по тем временам метода совместного проектирования интегральных микросхем, предложенного Министерством электронной промышленности в форме отраслевого стандарта. Метод предусматривал выполнение схемотехнического этапа создания интегральной схемы заказчиком, а этапа разработки топологии, конструкции и т. д. – исполнителем в лице предприятия Минэлектронпрома. Он позволял заказчику получить именно те интегральные схемы, которые нужны для оптимального решения его задач.
По мнению одного из крупнейших специалистов в области теории информационного общества, М. Кастельса, отставание СССР в области электроники явилось «выражением структурной неспособности этатизма и советского варианта индустриализма обеспечить переход к информационному обществу».
Возможно, не будь отечественная электронная промышленность так зациклена на обеспечении военного комплекса с его специфическими особенностями формирования и финансирования заказа, у нее было бы больше шансов развивать собственные оригинальные разработки. В развитых странах именно гражданская продукция и гражданское потребление становились основным источником и налогов, которые шли на решение оборонных задач, и массового спроса на технологические новинки: по мере развития микроэлектроники именно в производстве гражданской продукции зарождались идеи и технологии. В СССР этого так и не произошло. [Веселова Э.Ш.]
Советская микроэлектроника отставала от американской по разным направлениям от нескольких месяцев до нескольких лет. После разрушительных 1990-х годов отставание увеличилось до семи технологических поколений, которые даже трудно оценить в годах.[3]
26 февраля 2010 года заместитель министра промышленности и торговли России Юрий Борисов заявил, что реализация стратегии правительства России в области микроэлектроники сократила к настоящему времени технологическое отставание отечественных производителей от западных до 5 лет. Это соответствует одному-двум технологическим поколениям микроэлектронных устройств. До 2007 года технологическое отставание в области микроэлектроники от ведущих стран оценивалось в 20-25 лет и составляло несколько технологических поколений.[4]
В феврале 2012 года компания «Ситроникс» совместно с «Роснано» открыли производство микросхем на основе технологии 90 нм. Общий бюджет проекта составил 16,5 млрд рублей, включая софинансирование «Роснано» в размере 6,5 млрд рублей. «Успешный запуск проекта позволяет создать платформу для дальнейшего развития отечественной микроэлектронной отрасли и своевременно выйти на глобальный растущий рынок. Сейчас в мире доля продукции на чипах с топологией 90 нм и выше составляет около 75 %. Этот проект — яркий пример совместных государственных и частных инвестиций в высокотехнологичное производство», — заявил заместитель председателя правления «Роснано» Андрей Малышев.[5][6]
В декабре 2013 года компания «НИИМЭ и Микрон» завершила разработку собственной технологии создания интегральных схем по топологии 65 нм.[7]
В июле 2016 года микроэлектронная фабрика «Ангстрем-Т» получила разрешение на ввод в эксплуатацию. «Ангстрем-Т» — это производство полупроводниковых изделий по технологии 90 и 130 нанометров.[8] [информация из Wikipedia]
Микроэлектронное производство в России:
Список микроэлектронных производств в России:
| Компания | Название фабрики | Местопо-ложение | Примерная стоимость | Начало произ-водства | Диаметр пластин, мм | Техпроцесс, нм | Производительность пластин в месяц |
| НПК "Технологический центр" |  Зеленоград | 100 мм | |||||
| НИИМЭ и Микрон | Микрон | Зеленоград | ~400 млн $[53] | 200 мм | 3000[54] | ||
| НИИМЭ и Микрон | Микрон | Зеленоград | 2009[55] | 200 мм | |||
| НИИИС[48] | Нижний Новгород | 150 мм | Маски, MEMS, СВЧ | ||||
| Микран[48] | Томск | не ранее 2013 | 150 мм | ||||
| Крокус Наноэлектроника (КНЭ)[48] | Москва (АЗЛК) | €200 млн[56] | 200-300 мм | 90 (только MRAM слои) | 2000 (к концу 2014 года)[57] | ||
| Исток[48] | Фрязино | 150 мм | |||||
| Ангстрем-Т[48] | Зеленоград | 45 млрд. рублей[49] | 05 августа 2016 года производство запущено[50]. | 200 мм[49] | 130-110 нм[49] (возм. до 90 нм[51]) | 15,000[49] | |
| Ангстрем | Линия 150 | Зеленоград | 150 мм | 0,6 мкм (КНС/КНИ) | 8000[52] | ||
| Ангстрем | Линия 100 | Зеленоград | 100 мм | 1,2 мкм КНС | 4000[52] |
· «Микрон». (Местоположение: Зеленоград)
Наличие технологий:
1) 180 нм объемная технология с EEPROM
2) 250 нм кремний на изоляторе (КНИ)
3) 180 нм КНИ
4) 90 нм объемная.
5) 65 нм, на уровне тестовых кристаллов.
· «Ангстрем» (и «Ангстрем-Т»),(Местоположение: Зеленоград)
Наличие технологий:
1) 1,2 мкм кремний на сапфире (КНС)
2) 0,6 мкм, объемный кремний, кремний на сапфире, кремний на изоляторе, возможность изготовления EEPROM, BiCMOS, IGBT.
3) «Создаваемые» технологии с проектными нормами 350-250 нм.
4) «Создаваемые» технологии с проектными нормами 130, 110 и 90 нм.
· НИИ системных исследований РАН,(Местоположение: Москва)
Фабрика НИИСИ РАН находится на территории Курчатовского института в Москве и обладает технологиями с проектными нормами 500, 350 и 250 нанометров на пластинах объемного кремния и КНИ. Изначально не предназначена для крупносерийного производства и позиционируется как «исследовательская фабрика Академии наук». Большинство производимых здесь микросхем разработаны самим НИИСИ, однако фабрика работает и с внешними заказчиками, например, с воронежским НИИЭТ, который производит здесь свои радиационностойкие микроконтроллеры.
· «Интеграл», Минск
«Интеграл» разрабатывает на технологии 0,5 и 0,35 мкм на объемном кремнии и КНИ микросхемы SRAM с емкостью 1 Мбит и высокой радиационной стойкостью, а также аналоговые микросхемы.
Также разработывает технологии 0,18 мкм и 0,5-0,25 мкм BiCMOS, флэш-память (единственная на территории СНГ) и FRAM.
Еще пять лет назад практически ничего этого не было, а сегодня у российских заводов есть вполне реальные возможности обеспечить микроэлектроникой собственного производства.
Разработчики:
- НПЦ «Элвис», Зеленоград
- НИИСИ РАН, Москва
- НТЦ «Модуль», Москва
- НИИМА «Прогресс», Москва
НИИМА «Прогресс» является одним из головных разработчиков приемников и передатчиков ГЛОНАСС. - Дизайн-центр «Союз», Зеленоград.
ДЦ «Союз» разрабатывает аналого-цифровые базовые матричные кристаллы на базе «микроновской» технологии КНИ 0,24 мкм. - НПК «Технологический центр» МИЭТ, Зеленоград
- «Мультиклет», Екатеринбург.
- КТЦ «Электроника», ВЗПП-С, ВЗПП-Микрон, Воронеж.
- НИИЭТ, Воронеж.
- «Интеграл», Минск.
В линейке продукции специального назначения «Интеграла» — статическая и динамическая память (самая большая – 1 Мбит, как SRAM, так и ПЗУ), небольшие микроконтроллеры, интерфейсные микросхемы, БМП и ПЛИС, а также силовые и дискретные приборы. Подавляющее большинство – на старых технологиях. Вот пара примеров:
1655РР1Т – 256 кбит флэш-память, время выборки 150 нс, время записи 10 мс.
1659РУ1Т – SRAM 256 кбит, время выборки 50 нс. КНИ технология.
1666РЕ014 – FRAM 1 Мбит.
1881ВГ4Т – 8-битный микроконтроллер (AVR) с встроенной флэш-памятью, SRAM и аналоговой периферией. Тактовая частота 4 МГц.
1880ВЕ1У – 8-битный микроконтроллер (MSC-51) со встроенным 10-битными АЦПю Тактовая частота 24 МГц. - «Миландр», Зеленоград
ЗАО ПКК «Миландр», базирующийся в Зеленограде – одно из ведущих предприятий радиоэлектронного комплекса России, деятельность которого связана с разработкой и производством изделий микроэлектроники. В настоящее время Миландр обеспечивает разработку высокоинтегрированных микросхем с проектными нормами до 0,065 мкм.
«Последовательное расширение номенклатуры выпускаемых микросхем памяти является одним из основных направлений деятельности компании «Миландр». Увеличение продуктовой линейки в этом сегменте достигается за счет разработки устройств с улучшенными характеристиками, с большей информационной емкостью, а так же за счет интеграции в схемы памяти новых интерфейсов.
Разработанные и поставляемые потребителям микросхемы памяти компании «Миландр» представляют собой спектр статических оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) и постоянных запоминающих устройств с различными конфигурациями и интерфейсами.
Линейка статических ОЗУ представлена 8-ми и 16-разрядными микрасхемами с информационной емкостью от 1 Мбит до 16мбит с временами выборки от 35 нс до 20 нс, микросхемами двухпортовой памяти с различными сервисными сигналами и микросхемами буферных ЗУ типа FIFO…» Леонов П.В.
Так как темой реферата является ОЗУ, рассмотрим более подробно данную тему.
Все персональные компьютеры используют три вида памяти: оперативную, постоянную и внешнюю (различные накопители). Память нужна как для исходных данных так и для хранения результатов. Она необходима для взаимодействия с периферией компьютера и даже для поддержания образа, видимого на экране. Вся память компьютера делится на внутреннюю и внешнюю. В компьютерных системах работа с памятью основывается на очень простых концепциях. В принципе, всё, что требуется от компьютерной памяти, - это сохранять один бит информации так, чтобы потом он мог быть извлечён оттуда.
Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, так как она допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения микропроцессором соответствующих операций.
В компьютерах с архитектурой фон Неймана (к этому классу относятся практически все ЭВМ, в том числе и РС)оперативная память играет очень важную роль. Именно в ней хранятся все выполняемые программы и их данные. Работа осуществляется центральным процессором и оперативной памятью, остальные же компоненты любой вычислительной системы напрямую в процессе вычисления не участвуют.
ОЗУ предназначено для хранения переменной информации, оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций с данными. Это значит, что процессор может выбрать (режим считывания) из ОЗУ код команды и данные и после обработки поместить в ОЗУ (режим записи) полученный результат. Причём возможно размещение в ОЗУ новых данных на месте прежних, которые в этом случае перестают существовать. таким образом, ОЗУ может работать в режимах записи считывания и хранения информации. Все программы, в том числе и игровые, выполняются именно в оперативной памяти.