Как устроены полевые транзисторы MOSFET. Каковы их основные характеристики и параметры. Где применяются MOSFET в современных электронных устройствах. Какие преимущества дает использование MOSFET по сравнению с биполярными транзисторами.
Принцип работы полевого транзистора MOSFET
Полевой транзистор с изолированным затвором, или MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) — это один из основных типов транзисторов, широко применяемых в современной электронике. В отличие от биполярных транзисторов, работа MOSFET основана на управлении током с помощью электрического поля.
Основными элементами MOSFET являются:
- Исток — электрод, из которого в канал поступают основные носители заряда
- Сток — электрод, к которому движутся носители заряда
- Затвор — управляющий электрод
- Подложка — полупроводниковая основа транзистора
Между истоком и стоком формируется проводящий канал, проводимость которого регулируется напряжением на затворе. Затвор отделен от канала тонким слоем диэлектрика, обычно оксида кремния. При подаче напряжения на затвор возникает электрическое поле, которое и управляет током в канале.
Основные типы и характеристики MOSFET
Существует два основных типа MOSFET:
- n-канальные — в качестве носителей заряда выступают электроны
- p-канальные — носители заряда — дырки
Ключевыми характеристиками MOSFET являются:
- Пороговое напряжение — минимальное напряжение на затворе, при котором начинает формироваться канал
- Крутизна — показывает, насколько сильно изменяется ток стока при изменении напряжения на затворе
- Выходная проводимость — характеризует зависимость тока стока от напряжения сток-исток
- Максимальный ток стока
- Максимальное напряжение сток-исток
Преимущества MOSFET перед биполярными транзисторами
Полевые транзисторы MOSFET имеют ряд важных преимуществ по сравнению с биполярными транзисторами:- Очень высокое входное сопротивление — практически не потребляют ток в цепи управления
- Малое время переключения — могут работать на высоких частотах
- Низкое сопротивление канала в открытом состоянии
- Хорошая температурная стабильность
- Простота изготовления и интеграции в микросхемы
Эти преимущества обусловили широкое распространение MOSFET в современной электронике.
Применение MOSFET в современных электронных устройствах
Благодаря своим уникальным характеристикам, MOSFET нашли применение во многих областях электроники:
- Цифровые микросхемы — в качестве ключевых элементов логических вентилей
- Аналоговые схемы — усилители, преобразователи напряжения
- Силовая электроника — инверторы, импульсные источники питания
- Радиочастотные схемы — усилители мощности, смесители
- Датчики — в частности, датчики изображения КМОП
MOSFET являются основой современных процессоров, микроконтроллеров и других сложных цифровых микросхем. Без них было бы невозможно создание компактных мобильных устройств, таких как смартфоны и ноутбуки.
Особенности силовых MOSFET транзисторов
Силовые MOSFET — это отдельный класс полевых транзисторов, оптимизированных для работы с большими токами и напряжениями. Их основные особенности:
- Вертикальная структура для увеличения площади канала
- Низкое сопротивление открытого канала — десятки или сотни миллиом
- Высокое пробивное напряжение — сотни вольт
- Большой максимальный ток — десятки и сотни ампер
- Быстрое переключение — единицы наносекунд
Силовые MOSFET широко применяются в импульсных преобразователях напряжения, инверторах, системах управления электродвигателями и других силовых схемах.
Тенденции развития технологии MOSFET
Технология MOSFET продолжает активно развиваться. Основные направления совершенствования:
- Уменьшение размеров транзисторов для повышения плотности интеграции
- Снижение потребляемой мощности
- Повышение рабочих частот
- Улучшение характеристик силовых MOSFET
- Создание транзисторов на новых материалах, например, нитриде галлия
Развитие технологии MOSFET позволяет создавать все более производительные и энергоэффективные электронные устройства.
Заключение
Полевые транзисторы MOSFET являются ключевым элементом современной электроники. Они обладают уникальным сочетанием характеристик, которое делает их незаменимыми во многих областях применения — от микропроцессоров до силовых преобразователей. Дальнейшее совершенствование технологии MOSFET будет способствовать прогрессу всей электронной отрасли.
Силовые транзисторы в категории «Техника и электроника»
Транзистор STP4NK60ZFP MOSFET силовой транзистор, N канал; TO-220FP; 600 V; 4 A; 2 Ohm, Производитель: STM
Доставка по Украине
24 грн
Купить
Філур Електрик ЛТД
Транзистор IRF9630S силовой МОП-транзистор P-канальный Vси = -100 В, Rоткр = 0.8 Ом, Id(25oC) = -6.5 A Корпус
Заканчивается
Доставка по Украине
26 грн
Купить
Філур Електрик ЛТД
Транзистор STD2HNK60Z MOSFET силовой транзистор [TO-252-3]; Тип: N; 600 В, Производитель: STM
Заканчивается
Доставка по Украине
52 грн
Купить
Філур Електрик ЛТД
Транзистор MTh25N20 MOSFET силовой транзистор, TO-3P или TO247; 15A, 200V, Производитель: Motorola
Заканчивается
Доставка по Украине
94 грн
Купить
Філур Електрик ЛТД
Модуль MOSFET транзистора IRF520 (силовой ключ)
На складе в г.
Полтава
Доставка по Украине
37.7 — 38.4 грн
от 2 продавцов
37.70 грн
Купить
IT Electronics
Транзистор STP65NF06 силовой транзистор
Доставка по Украине
по 25 грн
от 3 продавцов
25 грн
Купить
1000+1 дрібниця
IRF520 модуль MOSFET транзистора (силовой ключ)
Доставка из г. Полтава
38.30 грн
Купить
Интернет-магазин «Налетай»
Модуль MOSFET транзистора IRF520 (силовой ключ)
Доставка из г. Полтава
50 грн
Купить
USCompany
Модуль MOSFET транзистора IRF520 (силовой ключ)
Доставка из г. Полтава
38.30 грн
Купить
МегаШара — Интернет-магазин
IRF3205PBF Infineon TO-220AB 110A 55V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 300 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
Транзистор BTS141 Infineon корпус TO263 (D2PAK)
На складе в г. Черновцы
Доставка по Украине
150 грн
Купить
«SilaD» Сила драйву
IRFB4227PBF INFINEON TO-220AB 65A 200V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г.
Днепр
от 207.03 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRFZ48NPBF IR TO-220AB 64A 55V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 43 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRFP150NPBF IR TO-247AC 42A 100V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 113.06 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRFP360PBF VISHAY TO-247AC 23A 400V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 117.58 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
Смотрите также
Транзистор K50EF5 IKW50N65F5FKSA1 IGBT транзистор для сварочного инвертора
Доставка из г. Днепр
от 220 грн
Купить
ТОВ «ЕЛЕКТРОЛОГІСТИК»
2П303Б транзистор польовий N-FET (200 mW 30В) Au (ТО72)
Под заказ
Доставка по Украине
42 грн
Купить
CAR-LED. Радіокомпоненти.та LED освітлення.
КП303Ж транзистор польовий N-FET (200 mW 25В) Au (ТО72)
Под заказ
Доставка по Украине
39.
90 грн
Купить
CAR-LED. Радіокомпоненти.та LED освітлення.
2SC3502 транзистор NPN (0.1А 200В) 5W
Под заказ
Доставка по Украине
21 грн
Купить
CAR-LED. Радіокомпоненти.та LED освітлення.
2SA1380 транзистор PNP (0.1А 200В) 5W
Под заказ
Доставка по Украине
50.40 грн
Купить
CAR-LED. Радіокомпоненти.та LED освітлення.
Паста теплопроводящая КПТ-8 [100 г]
Доставка из г. Днепр
150.93 грн
Купить
IRFP450PBF IR TO-247AC 14A 500V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 98.99 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
КТ865А транзистор кремнієвий PNP (10А 200В) 100W (ТО-3)
Доставка из г. Киев
134.40 грн
Купить
CAR-LED. Радіокомпоненти.та LED освітлення.
IRLML6402TRPBF Infineon SOT-23 -3.7A -20V транзистор полевой P-канальный
Доставка из г. Днепр
от 5.20 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
AOT9N70 AOS TO-220 9A 700V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г.
Днепр
от 47.24 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRF7316TRPBF IR SO-8 -4.9A -30V транзистор полевой 2P-канальный
Под заказ
Доставка по Украине
от 16.78 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRFRC20 IR DPAK (TO-252) 2A 600V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 30.65 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRLML2502TRPBF Infineon SOT-23 4.2A 20V транзистор полевой P-канальный
Доставка из г. Днепр
от 11.16 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
STP4NK60ZFP STMicroelectronics TO-220FP 4A 600V 70W транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 19.60 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
Мощный полевой транзистор в категории «Электрооборудование»
Транзистор FQA28N15 Транзистор полевой мощный MOSFET N-CH 150V 33A TO-3PN-3
Доставка по Украине
92 грн
Купить
Філур Електрик ЛТД
Транзистор IXTY48P05T Транзистор полевой мощный P-Channel Uds=-50V; Id=-48A; Rds=0,030Ohm Ptot=150W TO-252-3
Доставка по Украине
215 грн
Купить
Філур Електрик ЛТД
IRF3205PBF Infineon TO-220AB 110A 55V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г.
Днепр
от 300 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRFB4227PBF INFINEON TO-220AB 65A 200V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 207.03 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRFZ48NPBF IR TO-220AB 64A 55V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 43 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRFP150NPBF IR TO-247AC 42A 100V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 113.06 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRFP360PBF VISHAY TO-247AC 23A 400V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 117.58 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRFP450PBF IR TO-247AC 14A 500V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 98.99 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRLML6402TRPBF Infineon SOT-23 -3.7A -20V транзистор полевой P-канальный
Доставка из г. Днепр
от 5.20 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
AOT9N70 AOS TO-220 9A 700V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г.
Днепр
от 47.24 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRF7316TRPBF IR SO-8 -4.9A -30V транзистор полевой 2P-канальный
Под заказ
Доставка по Украине
от 16.78 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRFRC20 IR DPAK (TO-252) 2A 600V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 30.65 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRLML2502TRPBF Infineon SOT-23 4.2A 20V транзистор полевой P-канальный
Доставка из г. Днепр
от 11.16 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
STP4NK60ZFP STMicroelectronics TO-220FP 4A 600V 70W транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 19.60 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRFU024PbF VISHAY IPAK (TO-251AA) 14A 60V 42W транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 35.18 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
Смотрите также
CRST041N08N CRMICRO TO-220 120A 85V транзистор полевой N-канальный для электросамоката
Доставка из г.
Днепр
от 234.67 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
PHP21N06T Philips SOT-78 (TO-220AB) 19A 55V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 28.64 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
Транзистор IRFPS37N50A , транзистор 2N1671A
Доставка из г. Днепр
от 110 грн
Купить
ТОВ «ЕЛЕКТРОЛОГІСТИК»
IRF640N IR TO-220AB 18A 200V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 26.13 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
Чип IRFZ44N IRFZ44 TO220, Транзистор полевой
Доставка из г. Львов
84 грн
76 грн
Купить
ІНТЕРНЕТ-МАГАЗИН «ЗАКУПИСЬ»
Транзистор MPS750 , транзистор IRF640N , транзистор IRF3205 , IRF640N
Доставка из г. Днепр
от 10 грн
Купить
ТОВ «ЕЛЕКТРОЛОГІСТИК»
Чип 2N7002 100ШТ N7002 7002 SOT-23 Транзистор полевой 60В 0.2А
Доставка по Украине
67 грн
65 грн
Купить
ІНТЕРНЕТ-МАГАЗИН «ЗАКУПИСЬ»
IRF9640PBF VISHAY TO-220AB -11A -200V транзистор полевой P-канальный
Доставка из г.
Днепр
от 31.96 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
IRF640PBF VISHAY TO-220AB 18A 200V транзистор полевой N-канальный
Доставка из г. Днепр
от 59.30 грн
Купить
ТОВ СIБАРIС ГРУП
Транзистор мощный полевой импорт Power MOSFET IRL3803 (Vdss=30V, Rds(on)=0.006ohm, Id=140A
Недоступен
67 грн
Смотреть
RadioElektro
Транзистор мощный полевой импорт Power MOSFET IRL2505
Недоступен
53 грн
Смотреть
RadioElektro
Транзистор мощный полевой Power MOSFET IRF4905 (Vdss=-55V, Rds(on)=0.02ohm, Id=-74A
Недоступен
53 грн
Смотреть
RadioElektro
Транзистор мощный полевой импорт Power MOSFET
Недоступен
58 грн
Смотреть
RadioElektro
Окснер Э.С. Мощные полевые транзисторы и их применение. Перевод с английского.
Недоступен
412 грн
Смотреть
MaxBook
Реконфигурируемое устройство на основе двумерных ван-дер-ваальсовых гетероструктур, работающее и как транзистор, и как память
Ингрид Фаделли, Tech Xplore
Схематическая структура PFGFET, созданного исследователями, состоит из графена (лиловый, частичный плавающий затвор), гексагонального нитрида бора (зеленый и фиолетовый) и диселенида вольфрама (красный и синий, канал).
PFGFET может работать как память с характеристиками прямой и обратной передачи, а также как транзистор. Устройство имеет электрод истока (S) и электрод стока (D) и управляется двумя выводами устройства: управляющим затвором (CG) и верхним затвором (TG). Кредит: Сан и др., Природа Электроника (2022). DOI: 10.1038/s41928-022-00858-zОдной из ключевых задач исследований в области электроники является разработка вычислительных устройств, которые одновременно обладают высокой производительностью и энергоэффективностью, что означает, что они могут быстро обрабатывать информацию при низком энергопотреблении. Одним из возможных способов сделать это может быть объединение блоков, выполняющих логические операции, и компонентов памяти в одном устройстве.
До сих пор большинство вычислительных устройств состояло из процессора и физически отдельного компонента памяти. Создание устройства, способного эффективно выполнять обе эти функции, называемого архитектурой логики в памяти, могло бы помочь значительно упростить устройства и снизить их энергопотребление.
Несмотря на то, что некоторые из предложенных архитектур логики в памяти достигли многообещающих результатов, большинство существующих решений имеют практические ограничения. Например, некоторые устройства оказались нестабильными, ненадежными или подходящими только для определенных случаев использования.
Исследователи из Хунаньского университета недавно разработали новую реконфигурируемую архитектуру логики в памяти, основанную на двумерной ван-дер-ваальсовой гетероструктуре, состоящей из изолированных атомных слоев, связанных друг с другом слабым ван-дер-ваальсовым взаимодействием. Их устройство, представленное в статье, опубликованной в Nature Electronics , может работать как реконфигурируемый транзистор (то есть устройство, которое может регулировать, переключать и усиливать электрические сигналы), так и как реконфигурируемый компонент памяти.
«Мы сообщаем о двухмерном ван-дер-ваальсовском гетероструктурном устройстве, которое может функционировать как реконфигурируемый транзистор и реконфигурируемая энергонезависимая память, а также обеспечивать возможности реконфигурируемой логики в памяти», — Синся Сун, Чэнгуан Чжу, Цзяли И и их коллеги написали в своей газете.
Устройство логики в памяти, созданное Сан и ее коллегами, было названо полевым транзистором с частичным плавающим затвором (PFGFET). Он был изготовлен с использованием графена (действующего как так называемый плавающий затвор), гексагонального нитрида бора (hBN) и диселенида вольфрама (WSe 2 ).
Благодаря своей уникальной конструкции устройство можно легко перенастроить и переключить на выполнение функций памяти или транзистора. В первоначальных тестах исследователи показали, что он замечательно справляется с обеими этими функциями.
«При работе в качестве транзистора устройство может переключаться между режимами p- и n-типа и демонстрирует подпороговое колебание 64 мВ dec 
«При работе в качестве памяти устройство может переключаться между памятью p- и n-типа и демонстрирует соотношение стирания/программирования, приближающееся к 10 8 ».
В будущем новую архитектуру памяти с логическим входом, предложенную этой группой исследователей, можно будет использовать для создания различных высокопроизводительных электронных устройств, значительно снизив их энергопотребление. До сих пор Сан и ее коллеги успешно использовали созданные ими PFGFET для изготовления вентилей для выполнения как линейных, так и нелинейных бинарных операций, но в конечном итоге их можно будет применять для более широкого диапазона вычислений и моделей операций.
«Мы используем эти устройства для изготовления комплементарных схем металл-оксид-полупроводник, а также линейных и нелинейных логических элементов с памятью на месте, а также полусуммирующих схем с эффективным использованием устройств», — объясняют исследователи в своей статье.
Дополнительная информация: Xingxia Sun и др.
, Реконфигурируемые архитектуры логики в памяти на основе двумерного ван-дер-ваальсова гетероструктурного устройства, Природа Электроника (2022). DOI: 10.1038/s41928-022-00858-z
Информация журнала: Природа Электроника
© 2022 Наука Х Сеть
Цитата : Реконфигурируемое устройство на основе двумерных ван-дер-ваальсовых гетероструктур, работающее и как транзистор, и как память (2022, 8 декабря) получено 11 декабря 2022 г. из https://techxplore.com/news/2022-12-reconfigurable-device-based-2d-van.html
Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения.
Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
Как создать SoC на несколько миллиардов транзисторов — EEJournal
Как я уже говорил, одна из замечательных черт меня — в дополнение к тому, что я невероятно красив, законодатель моды и лидер моды — заключается в том, что я общаюсь со всевозможными интересными компаниями и людьми об их крутых технологиях.
На ум приходят два связанных примера: парни и девушки из SiMa.ai, чья цель — создать систему машинного обучения (ML) на кристалле (SoC), называемую MLSoC, которая может обеспечить легкое машинное обучение на встроенном edge, а также chapses и chapesses в Arteris IP, чья миссия заключается в предоставлении современной полупроводниковой IP и технологии развертывания IP.
Начнем с SiMa.ai, которая была основана в 2018 году, всего четыре года назад, когда я пишу эти слова. Сотрудники SiMa.ai говорят, что существующие решения машинного обучения не созданы специально для встроенной кромки, а скорее адаптированы к ней, аналогично концепции вбивания квадратного стержня в круглое отверстие.
Когда они основали SiMa.ai, их цель состояла в том, чтобы упростить процесс добавления ML к продуктам, предоставив «первую в мире программно-ориентированную, специально созданную платформу MLSoC с производительностью одним нажатием кнопки для легкого развертывания ML и масштабирования на встроенной периферии, чтобы вы может быстрее вывести вашу продукцию на рынок» (пауза, чтобы сделать глубокий вдох).
Короче говоря, они хотели разработать MLSoC, который мог бы работать с любым приложением компьютерного зрения, любой сетью, любой моделью, любой структурой, любым датчиком и любым разрешением. В частности, они хотели предоставить пользователям возможность решать любые задачи компьютерного зрения с как минимум 10-кратным повышением производительности с точки зрения количества кадров в секунду на ватт по сравнению с любыми конкурентными предложениями, обеспечивая при этом общее взаимодействие с нажатием кнопки за считанные минуты. Итак, как они поступили?
Недавно я разговаривал со Шриви Дхруванараяном, вице-президентом по разработке оборудования в SiMa.
ai. Как говорит Шриви, это означает, что все, что связано с аппаратной стороной MLSoC — от архитектуры до логического проектирования, логической проверки, физического проектирования, физической проверки и доработки — входит в его обязанности.
Во многих приложениях машинного обучения большая часть тяжелой работы выполняется хост-процессором, и только части алгоритмов, ориентированные на машинное обучение, передаются ускорителю машинного обучения. Для сравнения, одно из ключевых отличий MLSoC заключается в том, что это полная система, сочетающая возможности хост-процессора и ускорителя машинного обучения в одном устройстве. Еще одним ключевым отличием является то, что все это они делают при очень низкой мощности.
Если мы посмотрим на высокоуровневую блок-схему MLSoC, то увидим, что помимо ускорителя машинного обучения (MLA) она содержит четырехъядерный процессор приложений (AP) Arm Cortex-A65, Synopsys EV74. Встроенный процессор машинного зрения (EVP) с ускорителем глубокой нейронной сети (DNN) и… целая куча других IP-блоков.
Высокоуровневая блок-схема MLSoC (Источник: SiMa.ai)
Созданная на технологическом узле 16 нм, вся MLSoC состоит из миллиардов транзисторов. «Секретным соусом» для всего этого является MLA, который обеспечивает 50 триллионов операций в секунду (TOPS) при потреблении мизерных 5 Вт мощности.
Простая блок-схема, показанная выше, отражает только основные блоки IP. Ему также удается сделать так, чтобы вещи выглядели красиво и чисто — так сказать, «легкий гороховый лимонный сок». Настоящая хитрость заключается в том, чтобы соединить все эти IP-блоки вместе, что, если вы не сделаете это правильно, приведет к тому, что у вас будет день, напоминающий «напряженную депрессивную лимонную цедру».
Существует три основных подхода к подключению IP-блоков внутри SoC. Во-первых, использовать простую шину, где линия, обозначенная как «шина» на изображении ниже, состоит из нескольких проводов для передачи любого адреса, данных и управляющих сигналов.
Межсоединение SoC на основе шины (источник архитектуры: Max Maxfield)
Этот метод на основе шины — это подход, который мы использовали еще в 1990-х годах.
Это по-прежнему применимо к простым проектам только с одним (или очень несколькими) IP-блоками инициатора, где все инициирующие и целевые IP-блоки поддерживают один и тот же интерфейс (т. е. одинаковую ширину шины, работающую на одной и той же частоте).
Интерконнект на основе шины начал выдыхаться по мере того, как проекты становились все более сложными, с множеством инициаторов и множеством целей. Одним из основных решений, принятых примерно в 2000-х годах, было использование архитектуры межсоединений на основе перекрестных коммутаторов.
Архитектура межсоединений SoC на основе коммутатора Crossbar (Источник: Max Maxfield)
Как и прежде, каждая линия представляет несколько сигналов. Коммутатор crossbar предлагает значительные преимущества, в том числе тот факт, что любой инициатор может связываться с любой целью, а несколько транзакций могут находиться «в полете» одновременно (коммутаторы имеют возможность буферизовать транзакции и определять их относительный приоритет, если несколько транзакций поступают в одно и то же время).
в то же время).
К сожалению, как и их предшественники на основе шины, архитектуры коммутаторов с поперечными перемычками мало что могут, и они не в состоянии адекватно обслуживать современные высокопроизводительные системы на кристалле, которые имеют множество инициаторов и множество целей. На каком-то этапе возникает так много инициаторов и целей, что объединение их всех вместе приводит к тому, что интерконнект потребляет больше своей справедливой доли кремния, в сочетании с перегрузкой маршрутизации, которая вызовет у вас слезы (просто для ясности, это победит). это слезы радости).
Эти проблемы только усугубляются тем фактом, что различные блоки IP, которые неизменно исходят от множества сторонних поставщиков, могут поддерживать разные интерфейсы (ширины, частоты, протоколы). В 1990-х годах SoC мог содержать всего несколько горсток IP-блоков, а все устройство могло содержать от 20 000 до 50 000 логических вентилей и регистров. Для сравнения, одна из современных высокопроизводительных SoC может содержать сотни IP-блоков, каждый из которых может содержать сотни тысяч (иногда миллионы) логических вентилей и регистров.
Все это приводит нас к современному состоянию межсоединений SoC в форме сети на кристалле (NoC) (в разговоре «NoC» рифмуется со словом «часы»). Каждый IP-блок взаимодействует с NoC посредством «сокета», который обрабатывает такие вещи, как преобразование ширины, преобразование протокола, преобразование команд и пересечение часовых доменов (разные IP-адреса могут работать на разных частотах).
Простая архитектура межсоединений «сеть на кристалле» (NoC)
(Источник: Макс Максфилд)
Транзакции между инициаторами и получателями отправляются в виде «пакетов», каждый из которых содержит заголовок (указывающий адрес получателя) и тело (содержащее тип запроса, данные, инструкции и т. д.). Несколько пакетов могут находиться «в пути» одновременно, и, опять же, если несколько пакетов поступают одновременно, коммутаторы могут определить их относительный приоритет и буферизовать пакеты с более низким приоритетом.
Как это часто бывает, все это звучит просто, если громко говорить и яростно жестикулировать, но разработка собственного NoC — нетривиальная задача.
Шриви сказал мне, что он участвовал в разработке NoC в своей предыдущей компании, и что это заняло от шести до семи человек, занимающихся архитектурой, проектированием и проверкой NoC в течение почти двух лет.
В SiMa.ai Шриви хотел, чтобы его команда сосредоточилась на разработке MLA и внедрении MLSoC. Таким образом, он начал осматриваться, чтобы увидеть, что было доступно в виде мощного, гибкого и надежного IP-адреса NoC, который позволил бы команде беспрепятственно подключать блоки IP из разных источников с множеством разных интерфейсов. Вскоре Шриви познакомился с FlexNoC Interconnect IP от Arteris.
Согласно простому практическому правилу, независимо от того, используют ли IP-блоки в проекте сочетание протоколов AMBA AXI3, AXI4, AHB, APB, OCP, PIF или собственных протоколов, Arteris FlexNoC IP сокращает количество проводов почти на один наполовину (по сравнению со следующей лучшей стратегией межсоединений), что приводит к меньшему количеству вентилей и более компактной схеме расположения микросхем (это может объяснить, почему IP-система Arteris в настоящее время используется более чем в 70% современных автомобильных SoC).
Одна из замечательных особенностей FlexNoC заключается в том, что она позволяет разработчикам SoC исследовать пространство решений, быстро и легко оценивая различные реализации NoC (например, один большой NoC в сравнении с несколькими меньшими NoC). FlexNoC также оснащен удобной возможностью анализа производительности, которая помогает разработчикам определить, достаточно ли велики и быстры их различные «каналы» и «магистрали» для достижения поставленных целей по производительности.
«Доказательство пудинга в еде», как гласит старая поговорка. Что ж, судя по тому, что я слышал, метафорический пудинг, наполненный FlexNoC, был бы действительно вкусным лакомством. Как говорит Шриви: «Наша компания была создана в 2018 году, мы разработали, возможно, одну из самых сложных SoC на планете чуть более чем за три года, мы записали ее в феврале 2022 года и получили наш первый кремний в мае 2022 года. благодаря нашим замечательным партнерам, таким как Arm, Synopsys и Arteris. Без ошибок мы продолжили путь к успеху с первого раза, сразу приступив к работе.
