VLSI

Very Large Scale Integration. VLSI gibt die Packungsdichte von Transistoren bzw. Transistorenfunktionen auf einem IC (Integrated Circuit, Integrierter Schaltkreis) an. Bei VLSI sind es 10.000 bis 1 Million bzw. 100.000 bis 1 Million  Transistoren pro Chip, je nach Quelle. Die Packungsdichte von Transistoren auf einem IC bezeichnet man als Integrationsgrad.

Integrationsgrad 
Der Integrationsgrad wird ermittelt aus der Anzahl der Transistoren in einer bestimmten Fläche (Integrationsdichte) und der Fläche des ICs (Grösse des Chips). Bei ULSI (Ultra Large Scale Integration) sind dies 100.000 bis 1.000.000  Transistoren auf einem Chip. Bei Super Large Scale Integration (SLSI) beträgt der Wert 1 Million bis 10 Millionen Transistoren auf einem Chip. Bei Giga(ntic) Scale Integration (GSI) sind es 10 Millionen bis 1 Milliarde Transistoren.  Integrationsdichten die grösser sind als VLSI wie ULSI oder SLSI werden im Sprachgebrauch auch heute noch VLSI genannt.

VLSI und Logikgatter 
Für VLSI (Very Large Scale Integration) weichen die Werte, wie auch bei den anderen Integrationsgraden, in der Fachliteratur manchmal ab:  von 10.000 bis 100.000 oder von 10.000 bis 1 Million. Man kann auch anstatt Transistoren Logikgatter als Masstab nehmen: für die Realisierung eines Gatters in der CMOS-Technologie oder bei ungepufferten NAND-Gattern mit 2 Eingängen sind i.d.R.  4 Transistoren notwendig.

FPGA und LUT
Da moderne programmierbare ICs wie Field Programmable Gate Arrays (FPGA) nicht mit Gattern arbeiten, sondern mit z. B. Look-Up-Tables (LUT:  in der IC Technik werden 2ⁿ-nach-1-Multiplexer mit n Steuereingängen und 2ⁿ Speicherstellen mit Look-Up-Table bezeichnet: man kann damit die  Wahrheitstabelle einer beliebigen Booleschen Funktion speichern, in der FPGA-Technologie werden LUTs verwendet um abhängig für jeden Eingangszustand einen Wert abzuspeichern, den der Ausgang dann haben soll), werden nicht Gatter als 

Gatteräquivalente
Grundlage zur Bestimmung der Integrationsdichte verwendet, sondern Gatteräquivalente. Gatteräquivalente ist die Anzahl der Gatter die benötigt würde, um eine bestimmte Schaltung zu verwirklichen.  Wenn die Integrationsdichte mit Logikgattern bestimmt wird, so wird der Integrationsgrad auch als logische Komplexität bezeichnet.

Beispiele: Intel 80826, Pentium I, Pentium III, Pentium 4 
Der 80286-Prozessor von Intel verfügt über ca. 130.000 Transistoren und liegt damit im Bereich von VLSI.  Der Pentium I verfügt über > 3 Millionen Transistoren und ist damit SLSI zuzuordnen, der Pentium III ist ebenfalls SLSI zuzuordnen mit 9,5 Millionen Transistoren. Der Pentium 4 Willamette verfügt über 42 Millionen Transistoren (Giga Scale Integration).                               
Siehe auch:    Ultra-Large-Scale-Integration   CPU   FLOPS   Transistor   Integrated-Circuit   halbleiter   Superskalar   Supercomputer   Pentium-4   

  Ultra-Large-Scale-Integration

Ultra Large Scale Integration (ULSI) ist eine Bezeichnung für die Packungsdichte von Transistoren auf einem IC (Integrierter Schaltkreis, Chip).

Integrationsgrad
Die Packungsdichte von Transistoren  auf einem IC bezeichnet man als Integrationsgrad. Dieser wird ermittelt aus der Anzahl der Transistoren in einer bestimmten Fläche (Integrationsdichte) und der Fläche des ICs (Grösse des Chips). Bei ULSI sind dies 100.000 bis 1.000.000  Transistoren auf einem Chip. Bei Super Large Scale Integration (SLSI) beträgt der Wert 1 Million bis 10 Millionen Transistoren auf einem Chip. Bei Giga(ntic) Scale Integration (GSI) sind es 10 Millionen bis 1 Milliarde  Transistoren pro Chip. Giga Scale Integration wird auch Horrendous Scale Integration (HSI) genannt. Giga Scale Integration wird in der Fachwelt auch im Bereich der SLSI angesiedelt. Grössere  Integrationsdichten als VLSI wie ULSI oder SLSI werden im Sprachgebrauch auch heute noch VLSI genannt. Für VLSI (Very Large Scale Integration) weichen die Werte, wie auch bei den anderen Integrationsgraden, in der Fachliteratur manchmal ab:  von 10.000 bis 100.000 oder von 10.000 bis 1 Million.

Logikgatter, FPGA und Look-Up-Tables
Man kann auch anstatt Transistoren Logikgatter als Masstab nehmen:  für die Realisierung eines Gatters in der CMOS-Technologie oder bei ungepufferten NAND-Gattern mit 2 Eingängen sind i.d.R.  4 Transistoren notwendig. Da moderne programmierbare ICs wie Field Programmable Gate Arrays (FPGA) nicht mit Gattern arbeiten, sondern mit z. B. Look-Up-Tables (LUT, Look-Up-Tables sind Datenstrukturen (oft assoziative Arrays) die  Laufzeitberechnungen durch einen indizierten Zugriff auf die Datenstruktur ersetzen, in der IC Technik werden 2ⁿ-nach-1-Multiplexer mit n Steuereingängen und 2ⁿ Speicherstellen mit Look-Up-Table bezeichnet: man kann damit die  Wahrheitstabelle einer beliebigen Booleschen Funktion speichern, in der FPGA-Technologie werden LUTs verwendet um abhängig für jeden Eingangszustand einen Wert abzuspeichern, den der Ausgang dann haben soll), werden nicht Gatter als  Grundlage zur Bestimmung der Integrationsdichte verwendet, sondern Gatteräquivalente.

Gatteräquivalente
Gatteräquivalente ist die Anzahl der Gatter die benötigt würde, um eine bestimmte Schaltung zu verwirklichen.  Wenn die Integrationsdichte mit Logikgattern bestimmt wird, so wird der Integrationsgrad auch als logische Komplexität bezeichnet.

Gatterschaltzeiten
Die Schaltzeiten der Schaltgatter  sinken zunehmend: ein Transistor von 1959: 0,000 001 Sekunden. Halbleiterbauelemente von 1965: 0,000 000 01 Sekunden. Bei VLSI-Technologie von 1978: 10 ^ -10 Sekunden. Heute sind es weniger als 10 ^ -12 Sekunden. Bei  CMOS liegen die Gatterschaltzeiten bei < 0,5 Nanosekunden. Die Leiterbahnbreite bei VLSI beträgt 5 μm bis 3 μm, bei ULSI sind es 1,5 μm, bei SLSI sind es 1 - 0,5 μm. 

Prozessoren und Transistoren
Der 80286-Prozessor von Intel verfügt über ca. 130.000 Transistoren und liegt damit im Bereich von VLSI.  Der Pentium I verfügt über > 3 Millionen Transistoren und ist damit SLSI zuzuordnen, der Pentium III ist ebenfalls SLSI zuzuordnen mit 9,5 Millionen Transistoren. Der Pentium 4 Willamette verfügt über 42 Millionen Transistoren (Giga Scale  Integration), der Itanium II über 220 Millionen Transistoren, der Itanium 2 "Madison" verfügt über 500 Millionen Transistoren, der Itanium Dual Core "Montecito" verfügt bereits über 1,7 Milliarden Transistoren und erreicht 45,8 GFLOPS.  Ein 512 MBit TwinFlash NAND Chip von 2002 verfügt über 256 Millionen Transistoren bei 0,17 μm Technologie.  IBM hat einen Prozessor für die z196-Mainframe-Architektur im 45 Nanometer-Verfahren entwickelt der mit 5,2 Gigahertz getaktet ist.  Der Prozessor verfügt auf einer Fläche von 512 Quadratmillimetern über 1,4 Milliarden Transistoren.                   
Siehe auch:    VLSI   CPU   Supercomputer   Superskalar   Core-2-Duo   Pentium-4   Integrated-Circuit   halbleiter   AMD-Opteron