Продолжение 1 таблицы 8.6

Уровень компоновки i	Вариант 2 (МКМ)
			, см	, см	, трасс.	, трасс.	, трасс.	, трасс.	, мм	, мкм
i = 1	10	0,7	406,6	580,9	1037	518	83	602	5,6	9,3
i = 2	500
i = 3	5000
i = 4	125000	0,5	3983	7966	1586	793	177	970	50	51,5

Продолжение 2 таблицы 8.6

Уровень компоновки i	Вариант 3 (МПП ФБ)
			, см	, см	, трасс.	, трасс.	, трасс.	, трасс.	, трасс.	, слои
i = 1	10	0,7	406,6	580,9	1037	518	602	–	–	1
i = 2	500
i = 3	5000
i = 4	125000	0,5	13880	27761	1586	793	970	194	56	3,5

Начальные (исходные) размеры проводников в конструкциях коммутационных элементов: ширина (W_пр) и толщина (h_пр) определены на основании результатов расчета, приведенных в таблице 8.6, с учетом оптимальных соотношений обычно используемых при конструировании, а именно:

; .

Полученные при расчете значения основных параметров проводников приведены в таблице 8.7.

Таблица 8.7

Обозначение параметра	Кристаллы		Si‑подложка МКМ	МПП ФБ
	СБИС	БИС
атр, мкм	3,7	9,3	50	250
Wтр, мкм	1,2	3,2	20	100
hтр, мкм	0,15	0,4	2,5	12,5

Значения параметров, полученные в результате расчета, могут уточняться в процессе конкретного рабочего проектирования СВТ.

8.6. Пример расчета параметров системного быстродействия элементов и устройств эвм

Условие задачи:

Рассчитать основные параметры системного быстродействия обрабатывающего устройства ЭВМ, построенного на основе КМОП‑элементов, для 3‑х вариантов его конструкции:

Вар. 1 – в виде однокристальной СБИС;

Вар. 2 – в виде одного МКМ на бескорпусных БИС с Si‑подложкой;

Вар. 3 – в виде ФБ на корпусных БИС с МПП.

Во всех вариантах конструкции устройства на всех уровнях используется микропроцессорный принцип компоновки элементов.

При решении данной задачи использовать исходные данные, изложенные в Примерах 8.1 и 8.3, а также промежуточные результаты расчетов, приведенные в таблицах 8.2 – 8.7.

Для определения значений схемной задержки (_лэ) и выходного сопротивления (R_вых) ЛЭ типа КМОП использовать эмпирические соотношения, полученные на основе “принципа масштабирования” [4]:

_лэ = 0,188 · ^0,91; R_вых = 1200 · ^0,91.

Здесь:  = [мкм], _лэ = [нс], R_вых = [Ом].

Характеристику уровня технологии КМОП БИС и СБИС (параметр ) определять с помощью соотношений оптимальной взаимосвязи между степенью интеграции, размером кристалла и технологического уровнем, приведенных в главе 1, учитывая заданные размеры кристаллов.

Решение

1. В основе решения задачи положена методика расчета параметров системного быстродействия, приведенная в главе 7, в соответствии с которой использованы формулы: (7.15) – (7.20).

2. При использовании графика зависимости и соотношений, отражающих оптимальную взаимосвязь между параметрами N, L_кр и  и приведенную на рис. 1.1, определены для заданных размеров кристаллов БИС и СБИС значения , которые составляют:

для БИС –  = 1,0 мкм,

для СБИС –  = 0,45 мкм.

3. Конструктивная задержка ЛЭ по уровням компоновки (_лэ) определялась в соответствии с выражением (7.16) по схеме:

для i = 1: ; (Н₀ = 1)

для i = 2: и т.д.

4. Все цепи коммутационных элементов (в т.ч. цепи МПП ФБ) рассматривались применительно к КМОП‑элементам как RC‑цепи и время задержки сигнала в них (t_цi) определялось по формуле (7.20).

5. При расчете задержки сигнала в логических цепях вариантов конструкции устройства использовались результаты расчетов, приведенные в табл. 8.6 и 8.7, и учитывались ограничения на топологические нормы проектирования БИС и СБИС [14]:

W_пр ≥ 1,5 · ; h_пр ≥ 0,2 · ,

в результате чего при расчетах использованы следующие значения параметров проводников металлизации и ЛЭ, приведенные в табл. 8.8.

Таблица 8.8

Обозначение параметра	Кристаллы		Si‑подложка МКМ	МПП ФБ
	СБИС	БИС
лэ, нс	0,10	0,20	0,20	0,20
Rвых, Ом	580	1200	1200	1200
ρ0Al, Ом·мм	3·10-5	3·10-5	3·10-5	2·10-5
R0,Ом/мм	166,7	23,4	0,6	0,02
C0, пф/мм	0,3	0,3	0,3	0,15

6. Конечные результаты расчетов приведены в таблице 8.9.

Таблица 8.9

Результаты расчета параметров системного быстродействия для 3‑х вариантов конструкции устройства на основе КМОП БИС и СБИС.

Уровень компоновки i	Схемная интеграция		Max интегр.		, ЭЛЭ	Вар.1 (СБИС)
	, ЭЛЭ		, ЭЛЭ			, мм	, нс	, нс	, нс	, нс	, ГГц
i = 1	10	10	15	2,44	2,44	0,09	0,02	0,02	0,10	0,12	8,33
i = 2	500	50	900	4,16	10,16	0,88	0,17	0,09	0,10	0,19	5,26
i = 3	5000	10	10000	2,69	27,36	1,61	0,35	0,12	0,10	0,22	4,55
i = 4	125000	25	250000	3,93	107,5	7,36	2,64	0,22	0,10	0,32	3,12