技术定义
在单个集成电路中集成数百至数千个晶体管及其互连的技术阶段和设计尺度。
它是什么
大规模集成不是单一器件,而是一个制造与设计阶段:芯片上集成的晶体管数量已足以承载复杂存储阵列、算术逻辑和控制功能。它依赖更小图形、更高良率以及更复杂的互连。
为什么出现、解决了什么问题
小规模和中规模集成仍需许多芯片和电路板才能组成完整系统,板级互连成为速度、体积和可靠性瓶颈。LSI 把更多功能压到同一片硅上,减少了外部连接。
为什么重要、推动了什么
LSI 让 CPU 的关键部件从多块板和多颗芯片逐步汇聚到单芯片。它同时推动存储器密度和处理器复杂度增长,为微处理器在 1971 年出现准备了工艺条件。
原理与影响
解决的问题
- 突破小规模、中规模集成在功能数量和板级互连上的限制。
- 把完整的存储阵列、算术单元和处理器子系统压缩到少数芯片。
核心原理
- 通过更小线宽、更高良率和多层互连在同一晶圆上复制更多器件。
- 设计者以标准单元、阵列和版图把系统功能映射为芯片几何图形。
相对前代的改进
- 缩短互连和降低封装数量,提高系统速度和可靠性。
- 降低每个逻辑功能的成本,推动存储器和处理器芯片商品化。
技术意义
- 为把 CPU 主要功能集成到一片芯片提供工艺和设计条件。
- 把器件密度提升变成持续的产业目标。
历史与应用
人物
Gordon Moore、Federico Faggin、Robert Noyce
组织
Fairchild Semiconductor、Intel
事件
1965 年 Moore 讨论集成电路复杂度增长、1970 年代 LSI 存储器和处理器芯片出现
典型应用
大容量半导体存储器、算术逻辑单元和控制器、早期微处理器
留下的局限
- 版图复杂度、缺陷率、测试覆盖和散热压力不断增加。
- 制造设备和掩膜成本随工艺复杂度上升。
上下游关系
上游
证据:The Silicon Engine: A Timeline of Semiconductors in Computers1959: Invention of the Planar Manufacturing Process
证据:1971: Microprocessor Integrates CPU Function onto a Single Chip1970: MOS Dynamic RAM Competes with Magnetic Core Memory on Price
证据:The Silicon Engine: A Timeline of Semiconductors in ComputersThe Silicon Engine Timeline
下游
证据:1971: Microprocessor Integrates CPU Function onto a Single Chip
证据:1971: Microprocessor Integrates CPU Function onto a Single Chip