ei tema 1.introduccion

1UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIAEscuela Tcnica Superior de Ingenieros Industriales

Tema 1Introduccin a la electrnica

Roberto Sarmiento4 - Ingeniero Industrial

2ULPGC Electrnica Industrial - 4 ETSII

ndice

1.1. Evolucin tecnolgica1.2. Metodologas de diseo1.3. Factores econmicos1.4. Aplicaciones

E.T.S. de Ingenieros Industriales Electrnica Industrial, 4 curso

Roberto Sarmiento y Sebastin Lpez


Objetivos

1. Mostrar la evolucin de la tecnologa electrnica2. Comprender que nueva tecnologa conlleva nuevas

herramientas y tcnicas3. Conocer las nuevas tendencias en el diseo electrnico4. Conocer los factores econmicos que influyen en el

desarrollo de sistemas electrnicos5. Conocer las aplicaciones de la tecnologa electrnica


1.1. Evolucin tecnolgica 1958: primer circuito integrado

Construido por Jack Kilby en Texas Instruments (Premio Nobel en 2000, 42 aos despus y a los 77 aos)

El circuito tena un transistor, un condensador y una resistencia 2003

Microprocesador Intel Pentium 4 (55 millones de transistores) 512 Mbit DRAM (> 500 millones de transistores)

2005: 1700 millones de transistores en un chip!

Crecimiento continuado del 53% en los ltimos 45 aos Ninguna otra tecnologa ha crecido tanto durante tanto tiempo

Factor clave: miniaturizacin de los transistores Ms pequeo ms barato, ms rpido, menos potencia! Est teniendo efectos revolucionarios en la sociedad

1957: primer rectificador controlado de silicio (SCR) desarrollado por la General Electric




1.1. Evolucin tecnolgica

1018 transistores fabricados en 2003 100 millones para cada persona del planeta

0

50

100

150

200

1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002

Year

Global S

emiconductor B

illings(B

illions of US

$)



1947: William Shockley, Walter Brattain, and John Bardeeninventan el transistor bipolar de punta. Por ello recibieron el Premio Novel de Fsica en 1956.

El material que utilizaron era Germanio





1958: J. Kilby de Texas Instrument inventa el primer circuito integrado, tambien usando Germanio.

En 1959 Robert Noyce (fundador de Intel) realizar el primer circuito integrado de Silicio usando deposicin de vapor. En ese momento estaba en FairchildSemiconductor.


En 1965, Gordon Moore not que el nmero de transistores por chip se doblaba cada 18 o 24 meses

Entonces hizo una prediccin sobre la tecnologa de semiconductores en la cual afirmaba que su efectividad se duplicaba cada 18 meses

16151413121110

9876543210

1959

1960

1961

1962

1963

1964

1965

1966

1967

1968

1969

1970

1971

1972

1973

1974

1975

LOG

2 OF

THE

NU

MB

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OM

PON

ENTS

PER

INTE

GR

ATE

D F

UN

CTI

ON

Electronics, April 19, 1965.


Ley de Moore





Evolucin de la complejidad

4.000.000

16.000.000

64.000.000

1.000.000

256.000

64.000

16.000

4.000

1.000

256

64

10

100

1000

10000

100000

1000000

10000000

100000000

1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010

Ao

Capa

cida

d (K

bit/

chip

)

1.6-2.4 m1.0-1.2 m

0.7-0.8 m0.5-0.6 m

0.35-0.4 m0.18-0.25 m

0.13 m0.1 m

0.07 m

Memoria humana DNA humano

Enciclopedia 2h CD audio

Libro

Pgina de libro


1,000,000

100,000

10,000

1,000

10

100

11975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

808680286

i386i486

PentiumPentium Pro

K 1000 1000 millonesmillonestransistorestransistores

Source: IntelSource: Intel

Projected

Pentium IIPentium III

Courtesy, Intel

Nmero de transistores


Crecimiento = 2x en 1.96 aos!




40048008

80808085

8086286

386486 Pentium proc

P6

1

10

100

1970 1980 1990 2000 2010Year

Die

siz

e (m

m)

Crece el ~7% por ao~2X en 10 aos

El tamao del chip crece un 14% para ajustarse a la Ley de MooreEl tamao del chip crece un 14% para ajustarse a la Ley de Moore

Courtesy, Intel

Tamao del chip



4004 80386 Pentium Pro

300.000 tr.20.000 tr. 6.000.000 tr.





Obleas de Silicio (wafers)



P6Pentium proc

486386

2868086

80858080

80084004

0.1

1

10

100

1971 1974 1978 1985 1992 2000Year

Pow

er (W

atts

)

La potencia consumida por los procesadores no para de crecerLa potencia consumida por los procesadores no para de crecer

Courtesy, Intel

Disipacin de potencia





5KW 18KW

1.5KW 500W

400480088080

80858086

286386

486

Pentium proc

0.1

1

10

100

1000

10000

100000

1971 1974 1978 1985 1992 2000 2004 2008Year

Pow

er (W

atts

)

La potencia disipada ser prohibitiva La potencia disipada ser prohibitiva

Disipacin de potencia



1.1. Evolucin tecnolgica Intel VP Patrick Gelsinger (ISSCC 2001)

If scaling continues at present pace, by 2005, high speed processors would have power density of nuclear reactor, by 2010, a rocket nozzle, and by 2015, surface of sun

Business as usual will not work in the future.

Al da siguiente las acciones de Intel bajaron un 8%

400480088080

8085

8086

286 386 486Pentium proc

P6

1

10

100

1000

10000

1970 1980 1990 2000 2010Year

Pow

er D

ensi

ty (W

/cm

2)

Hot Plate

NuclearReactor

RocketNozzle




1.1. Evolucin tecnolgica Semiconductor Industry Association forecast

Intl. Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS)


La electrnica de potencia jugar un rol crtico en el empleo eficiente de la energa y en la automatizacin industrial global en este siglo


Los transistores de seal y circuitos integrados base de la moderna poca computacional pueden considerarse como una 1revolucin tecnolgica. Ahora, los conjuntos de semiconductores de alta potencia emergentes prometen una 2 revolucin:



10


La tecnologa se reduce en factores de 0,7 cada generacin Con cada generacin se pueden integrar 2x funciones por chip el precio del chip no se incrementa significativamente, por lo que

el coste de las funciones decrece en factores de 2x

Pero cmo disear chips con nmero de funciones creciente? el nmero de ingenieros no se multiplica dos veces cada ao!

Por lo tanto, hay una necesidad de mtodos de diseo ms eficientes Explotar los diferentes niveles de abstraccin

Por qu se escala?

1.2. Metodologas de diseo


La complejidad sobrepasa la capacidad de diseoLa complejidad sobrepasa la capacidad de diseo

1

10

100

1,000

10,000

100,000

1,000,000

10,000,000

2003

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2005

2007

2009

10

100

1,000

10,000

100,000

1,000,000

10,000,000

100,000,000

Logic Tr./ChipTr./Staff Month.

xxx

xxx

x

21%/Yr. compoundProductivity growth rate

x

58%/Yr. compoundedComplexity growth rate

10,000

1,000

100

10

1

0.1

0.01

0.001

Logi

c Tr

ansi

stor

per

Chi

p(M

)

0.01

0.1

1

10

100

1,000

10,000

100,000

Pro

duct

ivity

(K) T

rans

./Sta

ff -M

o.

Source: Sematech

Com

plex

ity


gap



11


n+n+S

GD

+

DEVICE

CIRCUIT

GATE

MODULE

SYSTEMNiveles de abstraccin




Tendencias en el diseo



12


1.3. Factores econmicos

Precio de venta Stotal

m = margen de beneficios

Ctotal = Coste total Coste de ingeniera no recursiva (NRE)

Costes recursivos

Costes fijos

mCS totaltotal = 1



Costes de ingeniera Depende del tamao del equipo de trabajo Debe incluir costes de entrenamiento (training) y

amortizacin de equipos (ordenadores) Herramientas CAD:

Digital front end: $10K Analog front end: $100K Digital back end: $1M

Fabricacin de prototipos Coste de las mscaras: $500k 1M (proceso de

130 nm) Test y encapsulado

NRE



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Fabricacin Coste de las obleas/(Chips por oblea * Yield) Coste de las obleas: $500 - $3000 Chips por oblea:

Yield: Y = e-AD Para A pequea, Y 1, coste proporcional al rea Para A muy grande, Y 0, el coste aumenta exponencialmente

Encapsulado de cada uno de los chips a vender Test de cada uno de los chips a vender

2 22

r rNA A

=

Costes recursivos



Documentacin Marketing y publicidad Anlisis del yield

Costes fijos



14

ULPGC


V = Ventas totales del producto2W = Vida del producto

R = Retraso en la introduccin del producto en el mercado

Vida del producto = 2W

Ventas

W

TiempoR

Prdidas en las ganancias

Time to market (TTM)

WRWRVPrdidas

2)3( =

ULPGC


Time to market (TTM)

56,8%1022,2777,844%418009200

44,4%800,01000,033%318009200

30,9%555,61244,422%218009200

16,0%288,91511,111%118009200

56,8%511,1388,944%49009100

44,4%400,0500,033%39009100

30,9%277,8622,222%29009100

16,0%144,4755,611%19009100

56,8%127,897,244%4225925

44,4%100,0125,033%3225925

30,9%69,4155,622%2225925

16,0%36,1188,911%1225925

Prdidas %PrdidasB2RB1WVest

(Todas las cifras en M$)



15


1.4. Aplicaciones

Las aplicaciones son prcticamente infinitas y se extienden a casi todos los aspectos de la vida

Medicina Tecnologas de la

informacin Electrnica de consumo Transporte de

pasajeros/mercancas Comunicaciones Aeroespacial etc. etc.

Automatizacin industrial Automocin Generacin de energa elctrica Energas renovables (energa

elica, fotovoltaica, etc.) Transmisin y distribucin de

energa Fuentes de alimentacin Domtica


1.4. Aplicaciones

En casi todas las aplicaciones los microprocesadores y las comunicaciones estn presentes



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