من درجة المستهلك إلى درجة الطيران، ما الفرق بين الرقائق؟

إن تقسيم درجات الرقائق هو في الواقع تقسيم لقسوة بيئة تطبيق الرقائق. عادة ما يتم تقسيم رقائقنا المشتركة إلى أربع فئات، الدرجة المدنية (درجة المستهلك)، الدرجة الصناعية، درجة السيارات والدرجة العسكرية (درجة الطيران). في الوقت الحاضر، أعلى شريحة مواصفات يمكننا الوصول إليها هي شريحة مواصفات السيارة. بالمقارنة مع الرقائق المخصصة للمستهلكين، يمكن للرقائق المخصصة للسيارات أن تتحمل درجات حرارة وبيئات استخدام أكثر تطرفًا.

نظرًا لأن الرقائق المخصصة للجيش والسيارات قوية جدًا، ألا يكفي جعل جميع الرقائق تلبي معايير الرقائق عالية الجودة قدر الإمكان؟

تصنيف الرقائق ليس بهذه البساطة. إنها تتضمن في الواقع العملية الكاملة لتصميم الدوائر، وعملية التصنيع، والتعبئة النهائية واختبار الرقائق. قد لا تكون الرقائق عالية المستوى مناسبة لمستويات أخرى من البيئات. أولا وقبل كل شيء، غالبا ما تعني الرقائق ذات المواصفات الأعلى أسعارا أعلى، كما أن الدفع مقابل سيناريوهات التطبيق المستحيلة سيقلل من فعالية الرقائق من حيث التكلفة. علاوة على ذلك، ليس الأمر أنه كلما ارتفع مستوى الشريحة، زادت سرعة المعالجة. في بعض الأحيان، تضحي الشريحة بجزء من الأداء حتى لا تتعطل في مواجهة سيناريوهات التطبيق الخاصة.

ببساطة، يهدف تصميم التكرار إلى زيادة موثوقية الشريحة مقابل زيادة الاستثمار في الموارد.

إن وجود دوائر زائدة عن الحاجة في الشريحة لا يعد هدرًا، لأن الشريحة تحتاج إلى الاستعداد الكامل عند مواجهة مهام غير معروفة لتقليل احتمالية التوقف عن العمل في ظل ظروف خاصة. يشرح خبراء تصميم الرقائق الدوائر الزائدة عن الحاجة: "يمكننا تصميم النظام بحيث يكون لديه ما يكفي من التخزين المؤقت بين المعالج والذاكرة بحيث أنه حتى لو تم تحميل الذاكرة إلى الحد الأقصى وكان هناك أقصى تدفق للمعاملات بين المعالج وزمن الوصول للذاكرة، ثم يمكن للمعالج تغطية العديد من مشكلات المعاملات". يمكن أن تمنع بعض ذاكرات التخزين المؤقت المتكررة حدوث أعطال عندما تفيض الذاكرة عند معالجة مهام متوازية واسعة النطاق. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا تحقيق نفس التأثير لتصميم تكرار الذاكرة.

وبطبيعة الحال، فإن تصميم الدوائر الزائدة عن الحاجة ليس مجرد نسخ ولصق. على سبيل المثال، يمكن لمصنع الرقائق زيادة هامش سعة المعالجة في بعض عمليات المعالجة، مثل الذاكرة الزائدة وذاكرة التخزين المؤقت المذكورة أعلاه، مما قد يسمح للرقاقة بالتعامل مع مشكلات توقيت المخزن المؤقت والتغييرات المحتملة في الوقت المناسب؛ يمكن أيضًا أن يكون التكرار اختياريًا. يمكن لنواة IP الناضجة، على الرغم من أنها ليست بالضرورة أسرع سرعة حوسبة، أن تزيد من الموثوقية؛ يمكن أن يسمح التكرار أيضًا للمعالج بتبني إستراتيجية مستقرة بدلاً من إستراتيجية فعالة عند حساب خوارزميات معينة، قدر الإمكان تجنب الضرر الناجم عن أخطاء الحساب.

بشكل عام، التكرار ليس زائدا عن الحاجة. وقد أشار المهندسون في مجال القيادة الذاتية في الصناعة إلى أن: "العديد من جوانب التصميم هي قواعد أساسية. وقد يطلبون هامشًا بنسبة 30٪ لتوفير مخزن مؤقت للتوقيت. وهذا يمكن أن يتعامل مع الظروف غير الطبيعية التي تمت مواجهتها في التصميم المادي. هذا الهامش ليس إهدارًا بأي حال من الأحوال، فهو أشبه بالتأمين على التصميم المادي أو معالجة المشكلات الحرجة."

قبل أن تصبح قطعة من السيليكون أحادي البلورية في النهاية شريحة نستخدمها، يجب أن تمر بمراحل التصميم والتصنيع والتعبئة والاختبار وغيرها من الروابط. أحد الأغراض الرئيسية للتغليف هو حماية القالب الهش بالداخل من البيئة الخارجية.

لنأخذ الرقائق المستخدمة في مجال الطيران والفضاء كمثال. يمكن للرقائق الاستهلاكية العادية أن تحقق حماية كافية باستخدام العبوات البلاستيكية، في حين أن الرقائق المستخدمة في مجال الطيران غالبًا ما يتم تعبئتها في السيراميك أو المعادن، وتكون العبوة أيضًا مطلية بطبقة من النحاس لعزل الأشعة الكونية والبيئات ذات درجات الحرارة العالية. ومن أجل تقليل التأثيرات الثانوية الناجمة عن الإشعاع، يتم أيضًا تعبئة غاز خاص أثناء التعبئة.

في الوقت الحاضر، يعد مستوى مواصفات السيارة أعلى شريحة مواصفات يمكن للمستهلكين رؤيتها. انطلاقًا من متطلبات لوائح المركبات، يجب أن تصل درجة حرارة التشغيل إلى -40 درجة إلى 125 درجة، كما يجب أن تكون مقاومة للصواعق والرطوبة والصدمات. لذلك، غالبًا ما يتعين على رقائق السيارات أن تأخذ في الاعتبار تبديد الحرارة وقضايا الختم عند التعبئة. في الوقت الحاضر، يتم تعبئة معظم رقائق السيارات في SIP. يتم دمج معظم الوحدات التي تتطلب استقرارًا حاسوبيًا عاليًا معًا لحماية التغليف. وفي الوقت نفسه، يتم تقليل مسافة الاتصال بين الوحدات المختلفة، كما يتم تقليل احتمالية التأثر أثناء نقل البيانات.

في الواقع، سواء كانت شريحة من الدرجة الصناعية أو من فئة السيارات أو من فئة الطيران العسكري، بعد جولات متعددة من الإعداد في المرحلة المبكرة، يجب إجراء الاختيار والاختبار الصارم في النهاية. لا يتم إنتاج الرقائق من كل درجة من قبل الشركات المصنعة للرقائق وهي مختومة ذاتيًا، ويجب تحديد الدرجات بعد موافقة الإدارات المحلية ذات الصلة.

في الوقت الحاضر، تنقسم الرقائق تقريبًا إلى أربع درجات، درجة المستهلك، والدرجة الصناعية، ودرجة السيارات، والدرجة العسكرية (الفضاء). للرقائق ذات الدرجات والمواصفات المختلفة متطلبات مختلفة بدءًا من التصميم وحتى مراحل التعبئة والتغليف والاختبار، كما تختلف سيناريوهات الاستخدام تمامًا. بشكل عام، كلما زادت مواصفات الشريحة، زاد تصميم تكرار الشريحة، وكانت الحزمة أكثر إحكامًا، وكانت عملية الاختبار أكثر تعقيدًا وصرامة.