Применение интегральных микросхем в повседневной жизни: смартфоны, компьютеры и бытовая техника
28 августа 2024
Интегральные микросхемы - электронные устройства, состоящие из взаимосвязанных компонентов: транзисторов, резисторов и конденсаторов, интегрированных на одной полупроводниковой подложке.
Изобретение было выполнено не в государственной лаборатории, а в частной компании – Тексас Инструментс в 1958 году. Автор – инженер Джек Килби.
Именно это изобретение дало сильный толчок развитию современной электроники. На платформе транзисторов построена вся последующая цифровая эпоха человечества. Современные устройства могут содержать миллиарды транзисторов на площади сравнимой с ушком булавки.
Где используются?
Смартфоны, компьютеры, телевизоры, автомобили, бытовая техника - все работают благодаря интегральным микросхемам.
Например, простой смартфон содержит более 100 различных интегральных микросхем, включая процессор, модули памяти, контроллеры беспроводной связи, датчики и множество других специализированных чипов.
Интегральные микросхемы в смартфонах
Смартфоны - технологические шедевры, и в основе их работы лежат различные типы интегральных микросхем. Причем от шага развития захватывает дух. Лет пятнадцать назад в сегодняшнем представлении это были примитивные устройства – кнопки, мерцающий экран. Хорошо, если объем памяти превышал 250 мб. Сегодня этого объема может не хватить на один день переписки в мессенджере.
Так, в смартфонах используются:
Процессоры SoC
Обеспечивают выполнение всех вычислительных задач устройства, от обработки пользовательского ввода до рендеринга графики в играх.
Модули памяти
RAM – оперативная память необходима для временного хранения данных и обеспечения быстрой работы приложений.
Микросхемы для беспроводной связи
Отдельные микросхемы отвечают за работу различных протоколов. Wi-Fi чип – для подключения к интернету через беспроводную сеть, Bluetooth - для связи с аксессуарами, NFC - для бесконтактных платежей.
Датчики
Акселерометр определяет ориентацию устройства и измеряет ускорение, гироскоп отслеживает вращение.
Микросхемы управления питанием
Отвечают за эффективное распределение энергии внутри устройства, контролируют зарядку аккумулятора и обеспечивают защиту от перегрузок.
ИМС в персональных компьютерах и ноутбуках
Ноутбуки, являясь по идее более мощными устройствами, используют те же технологии.
Центральные процессоры (CPU)
Основной вычислительный элемент компьютера. Современные CPU представляют собой микросхемы, содержащие миллиарды транзисторов и способные выполнять миллиарды операций в секунду.
Графические процессоры (GPU)
Отвечают за обработку и рендеринг графики. Они особенно важны для игр, работы с 3D-графикой и видеомонтажа.
Чипсеты
Управляют взаимодействием между различными компонентами компьютера. Координируют работу процессора, памяти и других элементов системы.
Модули памяти
Реализуется в виде отдельных микросхем или модулей из нескольких микросхем. Постоянная память в виде SSD также использует специализированные контроллеры и чипы памяти.
Применение ИМС в бытовой технике
Используются в таймерах и контроллерах мощности, обеспечивая точное управление временем приготовления и уровнем мощности излучения.
Роль интегральных микросхем в повышении энергоэффективности
● Управление энергопотреблением в смартфонах: отслеживают использование различных компонентов устройства и оптимизируют их работу.
● Энергосберегающие режимы в компьютерах: процессоры и чипсеты содержат встроенные механизмы управления питанием, которые позволяют компьютерам эффективно переходить в режимы сна и гибернации, значительно снижая энергопотребление в периоды неактивности.
Влияние ИМС на миниатюризацию устройств
Прогресс в области интегральных микросхем оказал огромное влияние на уменьшение в масштабе устройств:
● Интеграция, достигаемая в современных SoC, позволяет размещать все основные компоненты устройства на одном чипе. Значительно уменьшая общие размеры устройства.
● Использование энергоэффективных процессоров и других компонентов позволяет создавать ноутбуки толщиной менее сантиметра. Производительность при этом увеличивается.