350 rub
Journal Achievements of Modern Radioelectronics №12 for 2012 г.
Article in number:
Physical modeling characteristics of lines communication for low-power SOI CMOS elements of high-speed microprocessors
Authors:
V.A. Goryachev
Abstract:
On the basis of simple models for different line communications (LC) of silicon VLSI (type GSI system on a crystal) physical characteristics interconnection of low-power silicon CMOS elements of high-speed microprocessors are considered. For the purpose of optimization circuit design the microprocessor questions of operation LС with planar topology, elements of 3-dimensional connections and synchronization are discussed. Strip, unbalanced lines with interlay transitions to RC and RLC models; the symmetric, differential LС and screened connections are analyzed. The width of conductors nanotransistors integrated circuits (IС) is comparable to their thickness and makes units of microns and less is shown. The topological features of a LС define maximum permissible lengths of lines, but restrictions on length of electrical communications on admissible current density, appear more "rigid" when lowering the technological sizes, than the restrictions caused by required time of switching is marked. The resistance of copper conductors is defined by a microstructure of a blanket and essentially depends on metallization technology is shown. In standard cases when losses in lines are spent for heating of conductors, surface resistance of metal characterizes power efficiency of interconnecting. Now frequencies of digital pulses grew to tens Gigahertz and a specific type transverse section of conductors, features of their conductivities and topology make essential impact on transmission characteristics of signals. Thus, reserves of energy saving and increase in productivity of separate units can be found at different development stages and VLSI enhancements. However development of timing circuits low-power SOI CMOS microprocessors in systems on a crystal has not single-digit perspective. For the solution of this problem it is possible to use carbonic high-conductivity materials instead of copper and, moreover, optical connections. Besides, in department of microelectronic technology military aerospace USA (DARPA) placement on one silicon crystal of electronic and optical systems of the mixed signal processing is declared preparation of the program (E-PH1) on the Heterogeneous Integration, allowing. The technologies developed within this program shall provide the considerable improving of characteristics microprocessors and reduction of their sizes in comparison with existing technologies. Thus, in development of element basis high speed electronics the significant progress caused by mastering of technology nanometer level in metal-dielectric quality structures is planned.
Pages: 62-74
References
  1. Рабаи Ж. М., Чандракасан А., Николич Б. Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования: пер. с англ. Изд. 2-е. М.: ООО ИД «Вильямс». 2007. С. 894. http://www.williamspublishing.com/PDF/5-8459-0824-8/content.pdf
  2. Стешенко В. Б., Руткевич А. В., Бумагин А. В и др. Опыт разработки СБИС типа СнК на основе встроенных микропроцессорных ядер // Компоненты и технологии, 2008. № 9. http://www.russianelectronics.ru/developer-r/review/2189/doc/43285/
  3. Стешенко В., Руткевич А., Гладкова Е. и др.Проектирование СБИС типа «система на кристалле». Маршрут проектирования. Топологическое проектирование. Синхронизация и тактовые деревья. Ч. 2 // Электронные компоненты. 2009. № 3.
    С. 1-5. http://www.elcp.ru(Первая часть работы опубликована в журнале «Электронные компоненты», № 1. 2009).
  4. Масальский Н. В. Синтез характеристик логических элементов на двух затворных КНИ КМОП нанотранзисторах с архитектурой без «перекрытия» // Труды VII Междунар. науч.-техн. конф. INTERMATIC, 23 - 27 ноября 2010. МИРЭА. Ч. 2. С. 66. http://www.conf.mirea.ru/CD2010/pdf/p2/13.pdf
  5. Кристовский Г. В., Терентьев Ю. И. Учет возможной деградации линий связи при проектировании современных БИС. М.: ИМВС РАН. 2001. http://www.ict.edu.ru/ft/002174/sb4_page123_127.pdf
  6. Ковалев А. В. Технологии энергосбережения в микроэлектронных устройствах. Таганрог: ТГИ ЮФУ. 2009. С. 100.
  7. Белоус А. И., Мурашко И. А., Сякерский В. С. Методы минимизации энергопотребления при проектировании КПОП БИС // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2008. № 2. С. 39-44.
  8. Копылов А. Ф., Копылова Н. А.Механизм управления характеристиками микрополосковой линии передачи на полупроводниковой подложке // Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях. Межвузовский сборникАлтайского ГТУ им. И. И. Ползунова. Бийск. 2011. № 1. С. 124-126. http://iamp.msia-bti.ru/thesis/Sbornik_rus2011.pdf
  9. Малков Н. А., Барышев Г. А.Основы технической электродинамики // Тамбов: Тамбовский ГТУ. 2003. С. 128. http://www.tstu.ru/education/elib/pdf/2003/malkov2.pdf
  10. Проценко И. Е. Электрофизические свойства и диффузионные процессы в многослойных пленочных структурах // Сб. трудов Харьковской научной ассамблеи ISTFE-15. Харьков. НИЦ «Константа». 2004. С. 167-164.
  11. Бочаров А. В. Исследование ТЕМ-волны в межслойных переходах ГИС СВЧ // Рефераты докл. 13 Всеросс. конф. 8-9 декабря 2009. СПбГУ им. М.А. Бонч-Бруевича. http://niits.ru/academy/aspirant/public/autoref-attsik.pdf
  12. Кечиев Л. Н., Смирнов А. М., Соловьев А. В., Нисан А. В.Математические модели для расчета значений волнового сопротивления микрополосковых линий передачи. Кечиев Л.Н., Нисан А.В.Особенности проектирования дифференциальных пар // Технологии ЭМС. 2008. № 3. С.68-75.
  13. Горячев В. А., Захаров С. М. Анализ переходных процессов в экранированных линиях связи // Микроэлектроника. 2003. Т. 32. № 5. С. 443-454.
  14. Горячев В. А., ТимофеевВ. К. Дальнодействующие взаимодействия в экранированных линиях связи высокоскоростных цифровых устройств // Сб. ИМВС РАН. 2004.
    № 7. С. 68-75.
  15. Потапов Ю. Технология экстракции паразитных параметров для моделирования межсоединений // Технологии в электронной промышленности, 2007. № 6. С. 22-26.http://www.eurointech.ru/EDA_ Expert/EDA_Expert_14_22_26.pdf
  16. Горячев В. А.Физические особенности графеновых соединений для нанотранзистоных СБИС // УСР. 2011. № 3. С. 17-23.
  17. Tosik, G., Gaffiot, F., Lisik, Z., et al. Power dissipation in optical and metallic clock distribution networks in new VLSI technologies// ElectronicsLetters. 2004. V. 4. № 3. Р. 198-200.
  18. Lee, T., et al. Programmable Direct-Printing Nanowire Electronics Components. Программируемые нанопроволочные электронные компоненты с прямой печатью// Nano Letters. 2010. 10(3). Р.1016-1021.
  19. Sukeshwar, K., et al.Analysis of carbon nanotube based through silicon vias // Proceedings of 60th Electronic Components and Technology Conference (ECTC), 1-4 June 2010. Р. 51-57.
  20. Keller, J.,DARPA asks industry for ways to blend electronic, photonic, and MEMS components on one silicon chip // www.militaryaerospace.com. Технологическийцентрмировыеновости. www.tcen.ru/cgi-bin/lenta/view.pl-type=3
  21. Jamal, O., Naeemi, A., Ultralow Power Single-Wall Carbon Nanotube Interconnects for Subthreshold Circuits // IEEE Transactions on Nanotechnology. March 2011. V. 10. I.2. Р. 99-101.