Báo cáo Công nghệ chip tích hợp.pdf

1





























2

3

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của điện tử và công nghệ thông tin,
hàng loạt các sản phẩm công nghệ cao đã ra đời. Những thiết bị này đã góp phần nâng
cao đời sống cho con người và chúng có một ý nghĩa lớn trong cuộc cánh mạng công
nghệ. Các thiết bị
đ
ó chính là các bộ Chip và công nghệ chế tạo ra chúng, chúng là
thành quả của công nghệ bán dẫn tích hợp, mặc dù với vẻ bề ngoài nhỏ bé nhưng
những con Chip, những bộ vi xử lý lại có một sức mạnh không hề “nhỏ” chút nào.
Chúng có thể làm những việc mà con người ngần như khó có thể làm làm được. Chip
và bộ vi xử lý chúng chính là trái tim và bộ óc của chiếc máy tính cũng như trái tim và
bộ óc của con nguời vậy điều khiển mọ
i hoạt động, tiếp nhận mọi thông tin…để xử lý
rồi đưa ra cho chúng ta kết quả như mong đợi.
Trong bài báo cáo này em tập trung tìm hiểu về lịch sử, công nghệ NetBurst,
công nghệ Intel Core và ứng dụng của chúng trong các dòng Chip của Intel cũng như
các công nghệ mới nhất sử tích hợp trong Chip.
Nội dung báo cáo chia 2 phần:
Phần I CÔNG NGHỆ CHIP TÍCH HỢP
Chia làm 2 chương:
Chương 1 Khái niệm và lịch sử của chip-vi mạch tích hợp
Trình bày khái niệm về chip và lịch sử phát triển của chip-vi mạch tích hợp
Chương 2 Mô hình phát triển cho các hệ thống tích hợp trên vi mạch
Trình bày khái niệm SoC, NoC và mô hình phát triển chip hệ thống tích hợp hiện
nay
Phần II TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ CHIP CỦA INTEL
Chia làm 2 chương
Chương 3 Khái quát các dòng Chip và công nghệ tích hợp trong Chip của
Intel
Trình bày sơ lược lịch sử các dòng Chip và công nghệ chế tạo Chip của Intel

Chương 4 Nền tảng Chip sử d
ụng công nghệ mới của Intel
Trình bày một số nền tảng chip tích hợp sử dụng công nghệ mới của Intel
4
PHẦN I CÔNG NGHỆ CHIP TÍCH HỢP
CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ CỦA CHIP-VI MẠCH TÍCH HỢP
1.1. Khái niệm Chip-vi mạch tích hợp
1.1.1. Khái niệm về Chip
Chip là một vi mạch điện tử tích hợp được cấu tạo để thực hiện một chức năng
cụ thể nào đó hoặc được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau.
1.1.2. Khái niệm Chipset

Chipset là một nhóm các Chip làm việc như một đơn vị độc lập để thực hiện một
hay nhiều chức năng có liên quan đến nhau nào đó
Ví dụ:
- Modem chipset bao gồm tất cả các mạch tích hợp đảm nhận việc truyền và nhận
thông tin.
- Chipset Intel 850 dùng để điều khiển bo mạch hệ thống dùng cho CPU Pentium4
(Pemtium 4 motherboard). Nó bao gồm :
+ Chip điều khiển nhập xuất thế hệ thứ 2 (ICH2 - I/O Controller Hub) hỗ trợ
: 4
cổng USB + 6 Kênh âm thanh AC'97 + Giao tiếp mạng tích hợp 10/100 Mbps + 2 kênh
ATA-100 + Kênh giao tiếp CNR + Các cổng giao tiếp chuẩn 64-bit PCI.
+ Chip điều khiển truy cập bộ nhớ (MCH - Memory Controller Hub) hỗ trợ : 2
khe cắm RDRAM cho phép tốc độ truyền dữ liệu giữa CPU và bộ nhớ đạt tới 3.2
Gigabytes/s. Kênh truyền AGP 4X cũng được điều khiển bởi MCH cho phép chuyển
giao dữ liệu trực tiếp giữa card màn hình và bộ nhớ với tốc độ lên tới 1 Gigabytes/s.
5

Hình 1.1: Chipset Intel 850

1.2. Lịch sử hình thành và phát triển của Chip-vi mạch tích hợp
Sự hình thành và phát triển của chíp gắn liền với sự hình thành, phát triển
của công nghệ bán dẫn, sự phát hiện ra transistor và tính năng của nó, nên khi tìm
hiểu về vấn đề này ta sẽ tìm hiểu sự ra đời và phát triển của công nghệ bán dẫn:
- Năm 1947, J.Bardeen & W.Brattain (AT&T Bell., USA ) phát minh ra
“Point Contact Transistor” đây là một đột phá trong nỗ lực tìm ra thiết bị mới thay
thế cho ống chân không. Dòng điệ
n vào ( Bên trái hình tam giác ) được truyền qua
lớp dẫn điện bề mặt bản Germanium và được khuếch đại thành dòng ra ( bên phải
hình tam giác ). Sở dĩ thiết bị khuếch đại dòng điện này có tên là TRANSISTOR vì
nó là một loại điện trở ( Resistor) hay bán dẫn có khả năng truyền điện ( TRANfer)
6

Hình 1.2: thí nghiệm phát minh Transistor đầu tiên
- Năm 1950, W.Shockley ( AT&T Bell Lab, USA) phát minh ra transistor kiểu
tiếp hợp. Đây là mô hình đầu tiên của loại Bipolar transistor sau này.

Hình 1.3: Transistor kiểu tiếp hợp
7
- Năm 1958, J.Kilby ( Texas Instruments, Mỹ) phát minh ra mạch IC (Integrated
circuit ) đầu tiên, mở đầu cho thời kỳ hoàng kim của vi điện tử.

Điểm quan trọng trong
phát minh của Kilby là ở ý tưởng về việc tích hợp các thiết bị điện tử (điện trở,
transistor, condenser) lên trên bề mặt tấm silicon.
- Năm 1959, J. Hoerni và R Noyce ( Fairchild, Mỹ) thành công trong việc tạo ra
transistor trên một mặt phẳng silicon. Hình dưới là transistor với cả 3 cực ( base,
emitter, colector) cùng nằm trên một mặt phẳng.

Hình 1.4: Transistor với cả 3 cực ( base, emitter, colector)
- Năm 1961, cũng chính J. Hoerni và R. Noyce đã tạo ra mạch flip-flop ( với 4
transistor và 5 điện trở) trên mặt silicon.
- Năm 1970, G.-E. Smith và W.-S. Boyle ( AT&T Bell Lab., USA) tạo ra mạch
CCD 8-bit.

Hình 1.5: CCD 8-bit
8
- Năm 2004, công ty Intel của Mỹ chế tạo chip Pentium 4 với trên 42 triệu con
trasistor.

Hình 1.6: Chip Pentium 4 của Intel
- Năm 2005, ê kíp liên kết giữa IBM, Sony, Sony Computer Entertainment, và
Toshiba giới thiệu Chip CELL đa lõi ( multi-core), hoạt đọng với tốc độ 4
GHz, đạt tốc độ xử lý lên tới 256 Gflop.
- Năm 2008 Intel trình làng Chip chứa 2 tỷ transistor đầu tiên
Vậy với khoảng nửa thế kỷ kể từ ngày Kilby đề xuất ra ý tưởng về IC, Ngành
công nghệ vi mạch đã đạt được những thành tựu rực rỡ. Sự tăng tr
ưởng ở tốc độ chóng
mặt của ngành công nghệ vi mạch là chìa khoá quan trọng bậc nhất trong cuộc cách
mạng công nghệ thông tin ngày nay.








9

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH PHÁT TRIỂN CHO CÁC HỆ THỐNG TÍCH HỢP
TRÊN VI MẠCH
2.1. KHÁI NIỆM SYSTEM-ON-A-CHIP VÀ NETWORK-ON-CHIP
2.1.1. Khái niệm System-on-a-Chip
System-on-a-Chip ( SoC ) là hệ thống trên một vi mạch được xây dựng trên ý
tưởng tích hợp tất cả các thành phần của một hệ thống máy tính lên trên một vi mạch
đơn ( hay còn gọi là một chip đơn ). Hệ thống SoC này có thể bao gồm các khối chức
năng số, tương tự, tín hiệu kết hợp ( mixed-signal ) và các khối tần số ra radio ( RF ).
H
ệ thống trên một vi mạch đôi khi còn được gọi là hệ thống đơn chip hay hệ thống
“sốc” (SoC).
2.1.2. Khái niệm Network-on-Chip
Network-on-Chip ( NoC ) tạm dịch nghĩa là “Mạng trên vi mạch”, là một khái
niệm dùng để chỉ một loại kiến trúc truyền thông trên vi mạch dựa trên ý tưởng tích
hợp kiến trúc mạng máy tính lên trên một vi mạch đơn.
2.2. MÔ HÌNH PHÁT TRIỂN CHO CÁC HỆ THỐNG TÍCH HỢP TRÊN VI
MẠCH
Công nghệ tích hợp vật liệu bán dẫn không ng
ừng được cải tiến nhờ Định luật
Moore (số lượng transistors trên mỗi đơn vị inch vuông sẽ tăng lên gấp đôi sau mỗi hai
năm). Sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ tích hợp bán dẫn cho phép các nhà thiết
kế xây dựng các hệ thống hoàn chỉnh chỉ trên một vi mạch và do đó hình thành thuật
ngữ "hệ thống trên một vi mạch" (SoC: System-on-Chip). Hệ thống SoC được biết đến
như là một ph
ương pháp thiết kế cho phép tích hợp khoảng vài chục IPs trên một vi
mạch với khoảng vài chục triệu transistors. Hiện nay khả năng tích hợp lớn nhất cho
phép trên một vi mạch vào khoảng 2 tỷ transistors (theo Intel). Với số lượng lớn
transistor trên một vi mạch cho phép các nhà thiết kế tích hợp nhiều hơn nữa các đơn vị
tính toán, còn gọi là IP (Intellectual Property), vào cùng một hệ thống SoC. Các khối
tính toán này có thể là các bộ xử lý (processors), các bộ xử lý tín hiệu số (DSP), các b

ộ
mã hoá và giải mã, các bộ nhớ RAM/ROM, hay các đơn vị xử lý vào/ra (Ethernet,
Bluetooth),…
10
Với một số lượng lớn các IP được tích hợp lên cùng một hệ thống SoC, các
phương thức truyền thông truyền thống như kết nối điểm–điểm, kết nối một bus chung
không còn đáp ứng được nhu cầu truyền thông trên các vi mạch lớn. Nhằm đáp ứng
nhu cầu truyền thông ngày càng cao giữa các khối tính toán trên chip, kiến trúc truyền
thông bus phân tầng (hierarchical bus) được đề xuất và nhanh chóng được đưa vào ứng
dụng cho các hệ thống SoC phức tạp. Kiến trúc bus phân tầng này sử dụng các bus cục
bộ để thực hiện truyền thông giữa các IP gần nhau và có lưu lượng truyền thông qua lại
cao. Việc truyền thông giữa các IP trên các bus khác nhau được thực hiện thông qua
các cầu nối bus (bus bridge). Tuy nhiên, đây cũng chỉ là giải pháp tạm thời vì kiến trúc
truyền thông này chỉ giải quyết được một phần nào nhu cầu truyền thông trên vi mạch
chứ không th
ể giải quyết triệt để bài toán truyền thông trên các hệ thống SoC phức tạp.
Hình dưới đây mô tả một hệ thống SoC hiện tại với một kiến trúc truyền thông tích hợp
bao gồm bus, bus phân tầng và kết nối điểm–điểm.

Hình 2.1: Kiến trúc một hệ thống SoC điển hình
Để giải quyết vấn đề truyền thông trên các vi mạch lớn, một phương thức truyền
thông mới dựa trên ý tưởng mạng internet được đề xuất vào khoảng năm 2000, gọi là
mô hình mạng trên vi mạch (NoC: Network-on-Chip),