Very Large Scale Integration (VLSI).

Perkembangan teknologi elektronika empat puluh lima tahun terakhir tak lepas dari kemajuan teknik Very Large Scale Integration (VLSI).

Diawali dengan penemuan transistor yang menggantikan tabung fakum, meskipun awalnya penggunaan transistor terkendala pada peningkatan suhu yang tinggi dibandingkan dengan tabung fakum, kini IC telah mengintegrasikan ribuan bahkan jutaan transistor.

VLSI merupakan pengembangan dari Large Scale Integration (LSI) memuat ratusan komponen dalam sebuah chip– yang dikembangkan sejak tahun 1980-an.

Era ini merupakan awal perkembangan penggunaan semikonduktor dalam elektronika. Salah satu contoh pemanfaatan VLSI terdapat pada teknologi mikroprosesor misal Intel, AMD, Motorola, dll. 

Tantangan yang muncul dengan berkembangnya teknologi VLSI :

• Efisiensi power yang digunakan, karena semakin kecil komponennya, semakin cepat gerakan elektronnya, semakin cepat panas dan panas merupakan aliran energi yang tidak diinginkan.
• Variasi proses pembuatan IC (litografi), karena semakin kecil komponennya, presisi dan akurasi sangat dibutuhkan dalam mengelola wafer (papan semikonduktor, bahan baku IC)
• Sinkronisasi dengan peningkatan lainnya, seperti clock yang semakin lama semakin tinggi, produksi semikonduktor yang mengejar produk low-cost, penggunaan teknologi baru seperti electronic design automation. 

SCALING TECHNOLOGY

Dalam dunia desain VLSI dikenal istilah teknologi miniaturisasi (scaling technology) yaitu teknologi memperkecil ukuran sebuah transistor. Pada dasarnya, dengan meminiaturisasi ukuran transistor, maka transistor akan menjadi lebih cepat dan lebih hemat energi.

Jika parameter kecepatan adalah hal yang lebih utama pada perkembangan komputer jenis desktop dan server pada umumnya, maka parameter hemat energi menjadi hal yang lebih penting dengan berkembangnya notebook maupun mobile gadget lainnya seperti telepon genggam dan PDA.

HEMAT ENERGI VS KECEPATAN PROSES  

Karena pertimbangan hemat energi lebih utama daripada kecepatan pula lah maka transistor jenis CMOS yang dipilih terutama untuk sirkuit digital di sebuah VLSI.

Apalagi tuntutan konsumen yang menginginkan telepon genggam tidak hanya sekedar alat untuk menelpon tapi juga untuk mengirim sms, email, mengambil foto dan video, maupun mendengar radio dan lagu, bahkan menonton siaran tv. 

ISU DARI BERKEMBANGNYA TEKNOLOGI MINIATURING

Sayangnya saat ini dimana teknologi miniaturisasi sudah mencapai skala 65nm (satu nanometer (nm) adalah satu per satu milyar meter), transistor sudah mendekati limit secara fisik, yang menyebabkan satu masalah baru timbul yaitu adanya kebocoran pada arus listrik yang mengalir di transistor yang dikenal dengan istilah leakage current di saat transistor berada dalam kondisi off yang seharusnya tidak mengalirkan arus. 

MENDESIGN MULTI-CORE

Jika awalnya sebuah prosesor didisain dengan hanya memiliki core (inti) tunggal, maka perkembangan berikutnya adalah dengan mendisain sebuah prosesor baru dengan memparalelkan dua prosesor menjadi sebuah prosesor core ganda (dual-core).

Dari sudut pandang design VLSI, memparalelisasi beberapa prosesor menjadi sebuah prosesor multi-core lebih mudah direalisasikan karena tidak memerlukan teknologi fabrikasi baru daripada prosesor core tunggal yang beroperasi lebih cepat dengan teknologi fabrikasi yang lebih modern.

VLSI (FPGA , FPAA DAN VHDL)

1. FPGA

FPGA (Field Programmable Gate Array) merupakan sebuah IC yang terdiri dari blok blok logika yang interkoneksinya dapat diprogram. Dengan menggunakan FPGA dapat dilakukan perancangan sistem digital yang kemudian bisa menjadi prototype rancangan sistem yang akan dimanufaktur.

Komponen gerbang terprogram yang dimiliki meliputi jenis gerbang logika biasa (AND, OR, XOR, NOT) maupun jenis fungsi matematis dan kombinatorik yang lebih kompleks (decoder, adder, subtractor, multiplier). 

Gerbang Logika

Gerbang Logika

KEUNGGULAN FPGA :

• Performansi : kemampuan desin sistem yang dapat beroperasi pada frekuensi yang semakin tinggi.
• Kepadatan dan Kapasitas : kemampuan meningkatkan integrasi system, penempatan lebih banyak system di dalam sebuah chip, dan penggunaan seluruh gate yang ada di dalam FPGA yang membuat keefektifan harga perancangan.
• Mudah digunakan : kemampuan software yang mudah digunakan untuk perancangan dan kemampuan untuk menambahkan desain baru pada sistem di FPGA yang sama pada saat yang berbeda.

KEKURANGAN FPGA :

• Sifat program koneksinya yang masih volatile (menguap), sehingga jika aliran suplai terputus, program koneksinya akan hilang. Namun, hal itu dapat diatasi dengan menambahkan ROM pada rangkaiannya.
• Contoh perangkat lunak dan perangkat keras yang menggunakan teknologi ini adalah buatan Xilinx. FPGA ini diantaranya digunakan untuk pengukuran, perancangan IC.

2. FPAA

Sebuah Programmable analog array-lapangan (FPAA) adalah perangkat yang terintegrasi berisi blok analog dikonfigurasi (CAB) dan interkoneksi antara blok.

Tidak seperti sepupu digital mereka, FPGA , perangkat cenderung aplikasi lebih didorong dari tujuan umum akan mode perangkat tegangan. Untuk perangkat modus tegangan, setiap blok biasanya berisi penguat operasional dalam kombinasi dengan konfigurasi Programmable komponen pasif.

Waktu kontinu dan waktu diskrit.

FPAA biasanya beroperasi dalam satu dari dua mode : 

• Diskrit-waktu perangkat : Desain ini membutuhkan konstruksi semikonduktor yang lebih kompleks. Sebuah alternatif,-saat desain diaktifkan, menawarkan konstruksi sederhana dan tidak memerlukan input kapasitor.
• Kontinu-waktu perangkat kerja lebih seperti sebuah array transistor yang dapat beroperasi pada bandwidth penuh. Komponen yang terhubung dalam suatu pengaturan tertentu dikonfigurasi melalui array switch.

3. VHDL

VHDL adalah sebuah bahasa pemograman VHSIC (Very High Speed Intregated Circuit) yang dikembangkan oleh IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineering). Apakah VHDL adalah satu – satunya bahasa VHSIC? Tidak Altera corp juga membuat bahasa yang dikembangkan bagi FPGA nya yaitu AHDL. Meskipun begitu FPGA Altera masih dapat diprogam menggunakan VHDL.

KEUNTUNGAN PENGGUNAAN VHDL

Keuntungan apa yang diperoleh dengan menggunakan VHDL sebagai bahasa pemodelan :

• VHDL mampu melakukan desain hardware hingga sampai system yang lebih kompleks
• Mudah dalam mencari dan mendeteksi kesalahan dengan lebih mudah dalam simulasi.
• Bahasa pemograman yang mudah dimengerti dan dipelajari dengan cepat