از درجه مصرف کننده تا درجه هوافضا، تفاوت بین تراشه ها چیست؟

تقسیم درجه تراشه ها در واقع تقسیم سختی محیط برنامه تراشه است. تراشه های رایج ما معمولا به چهار دسته تقسیم می شوند، درجه غیرنظامی (درجه مصرف کننده)، درجه صنعتی، درجه خودرو و درجه نظامی (درجه هوافضا). در حال حاضر، بالاترین مشخصات تراشه ای که می توانیم به آن دسترسی داشته باشیم، تراشه مشخصات خودرو است. در مقایسه با تراشه های درجه یک مصرف کننده، تراشه های درجه یک خودرو می توانند دماهای شدیدتر و محیط های استفاده را تحمل کنند.

از آنجایی که تراشه های درجه نظامی و ماشین بسیار قدرتمند هستند، آیا کافی نیست تا همه تراشه ها تا حد امکان استانداردهای تراشه های درجه بالا را رعایت کنند؟

درجه بندی تراشه به این سادگی نیست. در واقع شامل کل فرآیند طراحی مدار، فرآیند ساخت و بسته بندی نهایی و آزمایش تراشه ها می شود. تراشه های استاندارد بالا ممکن است برای سطوح دیگر محیط ها مناسب نباشند. اول از همه، تراشه‌های با مشخصات بالاتر اغلب به معنای قیمت بالاتر هستند و پرداخت برای سناریوهای کاربردی غیرممکن، مقرون به صرفه بودن تراشه‌ها را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، اینطور نیست که هر چه سطح تراشه بالاتر باشد، سرعت پردازش سریعتر است. گاهی اوقات تراشه بخشی از عملکرد را قربانی می کند تا در مواجهه با سناریوهای برنامه های خاص خراب نشود.

به زبان ساده، طراحی افزونگی افزایش قابلیت اطمینان تراشه در ازای افزایش سرمایه گذاری در منابع است.

وجود مدارهای اضافی در تراشه بیهوده نیست، زیرا تراشه باید در هنگام مواجهه با کارهای ناشناخته کاملاً آماده باشد تا احتمال خرابی در شرایط خاص کاهش یابد. کارشناسان طراحی تراشه مدار اضافی را توضیح می دهند: "ما می توانیم سیستم را طوری تنظیم کنیم که بافر کافی بین پردازنده و حافظه داشته باشد به طوری که حتی اگر حافظه تا حداکثر بارگذاری شود و حداکثر جریان تراکنش بین پردازنده و تاخیر حافظه وجود داشته باشد، سپس پردازنده می تواند بسیاری از مسائل تراکنشی را پوشش دهد. برخی از حافظه‌های پنهان اضافی می‌توانند هنگام پردازش وظایف موازی در مقیاس بزرگ، از خرابی در هنگام سرریز حافظه جلوگیری کنند. علاوه بر این، همین اثر را می توان برای طراحی افزونگی حافظه نیز به دست آورد.

البته طراحی مدارهای اضافی یک کپی و پیست ساده نیست. به عنوان مثال، کارخانه تراشه می تواند حاشیه ظرفیت پردازش را در برخی از فرآیندهای پردازش، مانند حافظه اضافی و حافظه نهان که در بالا ذکر شد، افزایش دهد، که می تواند به تراشه اجازه دهد تا با مسائل زمان بندی بافر و تغییرات احتمالی به موقع مقابله کند. افزونگی می‌تواند اختیاری باشد. افزونگی همچنین می‌تواند به پردازنده اجازه دهد تا در هنگام محاسبه الگوریتم‌های خاص، یک استراتژی پایدار به جای یک استراتژی کارآمد اتخاذ کند، تا آنجا که ممکن است از آسیب‌های ناشی از خطاهای محاسباتی جلوگیری شود.

به طور کلی، افزونگی زائد نیست. مهندسان در زمینه رانندگی خودمختار در صنعت خاطرنشان کرده اند: "بسیاری از جنبه های طراحی قوانین سرانگشتی است. آنها ممکن است برای ایجاد یک بافر زمان بندی 30 درصد حاشیه بخواهند. این می تواند شرایط غیرعادی را که در طراحی فیزیکی با آن مواجه می شود، کنترل کند. این حاشیه به هیچ وجه اتلاف نیست، بیشتر شبیه بیمه برای طراحی فیزیکی یا مسائل مهم فرآیند است."

قبل از اینکه یک تکه سیلیکون تک کریستالی در نهایت تبدیل به تراشه ای برای استفاده ما شود، باید طراحی، ساخت، بسته بندی، آزمایش و سایر پیوندها را طی کند. یکی از اهداف اصلی بسته بندی محافظت از قالب شکننده داخل در برابر محیط خارجی است.

به عنوان مثال تراشه های درجه یک هوافضا را در نظر بگیرید. تراشه‌های معمولی درجه مصرف‌کننده می‌توانند با استفاده از بسته‌های پلاستیکی به محافظت کافی دست یابند، در حالی که تراشه‌های درجه یک هوافضا اغلب در سرامیک یا فلز بسته‌بندی می‌شوند و همچنین روی بسته‌بندی با لایه‌ای از برنج برای جداسازی پرتوهای کیهانی و محیط‌های با دمای بالا روکش می‌شود. به منظور کاهش اثرات ثانویه ناشی از تشعشعات، گاز مخصوصی نیز در حین بسته بندی پر می شود.

در حال حاضر، سطح مشخصات خودرو بالاترین تراشه مشخصاتی است که مصرف کنندگان می توانند ببینند. طبق الزامات مقررات خودرو، دمای کارکرد آن باید به -40 درجه تا ۱۲۵ درجه برسد و همچنین باید ضد صاعقه، ضد رطوبت و ضد ضربه باشد. بنابراین، تراشه‌های درجه یک خودرو اغلب هنگام بسته‌بندی باید اتلاف گرما و مسائل آب‌بندی را در نظر بگیرند. در حال حاضر اکثر تراشه‌های خودرو به صورت SIP بسته‌بندی می‌شوند. اکثر ماژول هایی که به پایداری محاسباتی بالایی نیاز دارند برای محافظت از بسته بندی با هم یکپارچه شده اند. در عین حال فاصله ارتباطی بین ماژول های مختلف کاهش می یابد و امکان تحت تاثیر قرار گرفتن در حین انتقال داده کاهش می یابد.

در واقع، چه این تراشه درجه صنعتی، خودرویی یا نظامی درجه هوافضا باشد، پس از چندین مرحله آماده سازی در مراحل اولیه، انتخاب و آزمایش دقیق باید در پایان انجام شود. تراشه های هر گرید توسط تولیدکنندگان تراشه تولید نمی شوند و خود مهر و موم می شوند و گریدها باید پس از تایید ادارات مربوطه داخلی تعیین شوند.

در حال حاضر، تراشه ها تقریباً به چهار درجه تقسیم می شوند، درجه مصرف کننده، درجه صنعتی، درجه خودرو و درجه نظامی (هوا فضا). تراشه‌های با درجه‌ها و مشخصات مختلف از طراحی گرفته تا مراحل بسته‌بندی و تست نیازهای متفاوتی دارند و سناریوهای استفاده نیز کاملاً متفاوت است. به طور کلی، هر چه مشخصات تراشه بالاتر باشد، طراحی افزونگی تراشه بیشتر، بسته بندی محکم تر و فرآیند تست پیچیده تر و سخت تر می شود.