Принципы масштабирования

Анализ, проведенный Деннардом (Dennard) в начале 70-х гг. XX в., привел к неожиданному выводу: уменьшение размеров приборов улучшает почти все характеристики схем, как функциональные, так и экономические. Этот вывод дал зеленый свет к продолжающейся по сию пору технологической гонке на основе идей пропорциональной миниатюризации – масштабирования (скейлинга).

Основная идея масштабирования – уменьшение геометрических размеров приборов с сохранением некоторых функциональных и параметрических инвариантов. В частности, необходимо, чтобы при масштабировании не изменялись электрические характеристики ВАХ транзисторов. Для этого необходимо оставлять постоянными некоторые параметрические инварианты. Один из возможных таких инвариантов – электрические поля в транзисторе. Для того чтобы электрические поля внутри приборов оставались приблизительно постоянными, необходимо уменьшать напряжения питания.

Численной характеристикой масштабирования является безразмерный масштабный фактор . Наблюдаемая численная характеристика масштабирования = 5 за 10 лет. Часто обсуждаются и другие стратегии «обобщенного масштабирования», учитывающие разные масштабные факторы для параметров разных типов. Например, при увеличении степени интеграции характерные значения электрического поля в транзисторе увеличиваются. Это связано с тем, что напряжение питания уменьшается медленней, чем характерные размеры, например, толщина подзатворного окисла.

На практике невозможно выдержать последовательно любую из этих стратегий. Поэтому разработчики часто пользуются эмпирическими правилами масштабирования, основанными на анализе фактических тенденций и технологических традиций в своей фирме.