Sayısal Entegre Devreler Dr. H. İbrahim ESKİKURT eskikurt@sakarya.edu.tr Entegre Devre Tasarımı 1 1 1 1

Sayısal Entegre Devreler (WEB) 2 2 2

Web’deki Materyaller 2 2 2

Web’deki Materyaller 2 2 2

Spice Simulator 4 4 4 4

Mikroişlemcilerin Gelişimi Sayısal Entegre Devreler Entegre Devre Tasarımı 5 5 6 6

İlk Transistör New York Times “Dün, transistör olarak adlandırılan ve genellikle vakum tüplerin kullanıldığı radyoda birçok uygulamaları bulunan yeni bir malzeme icat edildiği yerde, 463 West Street, Bell Telefon Laboratuarlarında tanıtıldı.” 23 Aralık 1947 http://www.lucent.com/ideas2/ideas.html http://www.bell-labs.com 6 6 7 7

İlk Entegre Devre 1958 de, Texas Instruments firmasında genç bir elektrik mühendisi olan Jack Kilby, bütün devre elemanlarının, transistör, direnç ve kondansatörlerin ve bunlar arasındaki bağlantı hatlarının tek bir germanyum parçasına nasıl yerleştirilebileceğini bulmuştur. Onun ham prototipi 1.5 inch uzunluğunda, beş farklı malzeme ve bunlar arasındaki küçücük bağlantıları içeren ince bir parça germanyumdu. 7 7 8 8

Mikroişlemci 4004: Intel’in ilk mikroişlemcisi 4-bit 4004 işlemci 108 kHz hızında çalışır & 2300 transistör içerir. 1971’de üretilen bu işlemcinin hızı 0.06 MIPS (million instructions/s) olarak tahmin edilmişti. Buna karşın, Intel firmasının geliştirdiği P6 işlemcisi 133 MHz hızında, 5.5 milyon transistör içermekte ve 300 MIPS komut hızına sahiptir. 8 8 9 9

Intel 8086/8088 ve IBM PC 1978: 8086/8088 Mikroişlemcileri 8088’in IBM’e satılması ile 8088 IBM’in yeni hit ürününün (IBM PC) beyni olmuştur. Bunu 1982 yılında IBM PC/AT (Advanced Technology) bilgisayarlarının temelini oluşturan 80286 takip etmiştir. 9 9 10 10

Intel 80386 ve 80486 Intel 386 (1985), ‘275,000’ transistör içermekteydi. Intel’in ilk ‘32-bit’ işlemcisiydi ve çoklu uygulamaları (multi-tasking) gerçekleştirebilecek kapasitedeydi. Intel 486 (1989, resimde görülen) çok daha güçlü bir işlemciydi ve chip üzerinde matematik işlemciye sahip ilk üründü, soyut fonksiyonlarda büyük bir hız avantajına sahipti. 10 10 11 11

Intel Pentium Bilgisayarların gerçek verilerle (konuşma, ses ve görüntü) işlem yapabilmesi için tasarlanan Pentium ilk olarak 1993 yılında ortaya çıktı. Pentium II (1997) ise 7.5 milyon transistör içermekte ve tek bir formatta kılıflanmıştı- SEC yada Single Edge Contact. 11 11 12 12

Ölçeklendirme - Intel Pentium Orijinal tasarımda L=0.8 mm hat kalınlığında MOSFET’ler kullanıldı Hız fclk= 66 MHz olarak sınırlandı Karşılaştırma Minimum boyutlar 0.6 mm kalınlığına küçüldü Clock hızı 100 MHz’e çıktı - 50% daha fazla çıkış hızı Daha az güç sarfiyatı En son P4 ürünü L=0.09 mm ® fclk=3800MHz kullanıyor!! 12 13 13

Intel Pentium IV 2000 yılının sonlarında ortaya çıktı > 42  106 transistör 217 mm2 chip alanı Başlangıçta 0.18 m işlem teknolojisi kullanıldı 75 watt @ 2GHz Şimdilerde 0.09 m Si işlem teknolojisi 3.8 GHz max clock frekansı 11 11 12 12

Moore Kanunu Gordon Moore IC endüstrisindeki exponansiyel büyümeyi tahmin etmiş.. .. hayret verici bir şekilde onun bu tahmini günümüze kadar tutmuştur. .. ufukta milyarlarca transistörden oluşmuş entegre devreler görülmektedir! http://www.intel.com/intel/museum/25anniv/hof/hof_main.htm 13 14 14

Moore Kanunu Yoğunluk Maliyet ($M) yoğunluk maliyet Pentium®Pro 1. Her bir yeni üründe Chip yoğunluğu ikiye katlanır 2. Üretim maliyetleri her yeni üründe ikiye katlanır Yoğunluk 10 9 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 8080 Pentium® 80486 80286 Pentium®Pro $5000 $2000 $500 $200 Maliyet ($M) maliyet yoğunluk

Silikon Teknolojisi Intel386™ DX Processor 1.5µ 1.0µ 0.8µ 0.6µ 0.4µ 0.25µ Silicon Process Technology Intel486™ DX Pentium® Pentium® II

Silikon Teknolojisi Pentium® III Processor 130n 90n 65n Silicon Process Technology Pentium® IV Intel® Core 45n ?

Moore Kanunu