超大规模集成电路

超大规模集成电路是通过将数百万或数十亿的MOS晶体管组合到一个芯片上来创造集成电路（IC）的过程。VLSI始于20世纪70年代，当时MOS集成电路（金属氧化物半导体）芯片被开发出来，然后被广泛采用，实现了复杂的半导体和电信技术。微处理器和存储芯片是VLSI设备。

在引入VLSI技术之前，大多数集成电路有一套有限的功能，它们可以执行。一个电子电路可能由一个CPU，ROM，RAM和其他胶合逻辑组成。VLSI使IC设计者能够将所有这些都加入到一个芯片中。

晶体管的历史可以追溯到20世纪20年代，当时几位发明家尝试了旨在控制固态二极管中的电流并将其转换为三极管的装置。当时硅和锗晶体作为雷达探测器的使用导致了制造和理论的改进。曾从事雷达研究的科学家们回到了固态器件的开发。随着1947年第 一个晶体管在贝尔实验室的发明，电子学领域从真空管转向固态设备。

随着小型晶体管的出现，20世纪50年代的电子工程师们看到了构建更先进电路的可能性。然而，随着电路的复杂性增加，问题也随之出现。一个问题是电路的尺寸。像计算机这样的复杂电路是取决于速度的。如果元件很大，连接它们的电线就必须很长。电信号需要时间来通过电路，从而减慢了计算机的速度。

杰克-基尔比和罗伯特-诺伊斯发明的集成电路解决了这个问题，它把所有的元件和芯片都做成了同一块（单片）半导体材料。电路可以做得更小，而且制造过程可以自动化。这导致了在单晶硅片上集成所有元件的想法，这导致了60年代初的小规模集成（SSI），然后是60年代末的中等规模集成（MSI）。

VLSI通用微电子公司在1964年推出了第 一个商用MOS集成电路。在20世纪70年代初，MOS集成电路技术允许在单个芯片中集成超过10,000个晶体管。这为20世纪70年代和80年代的超大规模集成电路铺平了道路，一个芯片上有数万个MOS晶体管（后来是数十万，然后是数百万，现在是数十亿）。

xxx批半导体芯片每个有两个晶体管。随后的进步增加了更多的晶体管，因此，随着时间的推移，更多的单独功能或系统被集成。第 一批集成电路仅有几个器件，也许多达十个二极管、晶体管、电阻和电容，这使得在一个器件上制造一个或多个逻辑门成为可能。现在被称为小规模集成（SSI），技术的改进导致了具有数百个逻辑门的器件，被称为中等规模集成（MSI）。进一步的改进导致了大规模集成（LSI），即至少有一千个逻辑门的系统。目前的技术已经远远超过了这一标准，今天的微处理器拥有数百万个门和数十亿个单独的晶体管。

曾几何时，人们努力对高于VLSI的各种大规模集成水平进行命名和校准。像超大规模集成（ULSI）这样的术语被使用。但是，普通设备上的大量门和晶体管已经使这种精细的区分变得毫无意义。暗示大于VLSI集成度的术语已不再被广泛使用。

2008年，十亿晶体管处理器开始投入商业使用。随着半导体制造从当时的65纳米工艺的进步，这变得更加普遍。目前的设计，与最早的设备不同，使用广泛的设计自动化和自动逻辑合成来布置晶体管，使所产生的逻辑功能具有更高水平的复杂性。某些高性能的逻辑块，如SRAM（静态随机存取存储器）单元，仍然由手工设计，以确保最高的效率。

结构化VLSI设计是由Carver Mead和Lynn Conway提出的一种模块化方法，通过最小化互连结构面积来节省微芯片面积。这是通过重复安排矩形宏块来实现的，这些宏块可以通过基座的布线进行互连。一个例子是将一个加法器的布局划分为一排相等的位片单元。在复杂的设计中，这种结构化可以通过分层嵌套来实现。

结构化的VLSI设计在20世纪80年代早期曾很流行，但后来由于放置和路由工具的出现而失去了它的流行。