LSI
Englisch: large scale integration
Integrationstechnik für digitale Schaltkreise mit Zehntausenden Transistoren und Tausenden Logikgattern pro Chip.
LSI: Tausende von Gattern auf einem einzelnen Siliziumplättchen
Large Scale Integration, oder LSI, bezeichnet einen Halbleiterfertschritt, der zwischen 10.000 und 100.000 Transistoren auf einem einzelnen Chip anordnet. Diese Dichte ermöglicht es einem einzelnen integrierten Schaltkreis, Funktionen auszuführen, die in älteren Designs Dutzende oder Hunderte separater Komponenten erfordert hätten. LSI-Chips wurden ab Anfang der 1970er Jahre zur Grundlage für frühe Mikroprozessoren, Speicheranordnungen und Single-Chip-Controller.
Der Begriff sitzt in einer historischen Hierarchie der Integrationsdichte. Small Scale Integration (SSI) platzierte weniger als 100 Transistoren pro Chip; Medium Scale Integration (MSI) reichte von 100 bis 10.000. Large Scale Integration folgte und wurde später durch Very Large Scale Integration (VLSI) abgelöst, die über 100.000 Transistoren überschritt. Heute sind diese Unterscheidungen größtenteils historisch, da moderne Fertigung routinemäßig Millionen oder Milliarden Transistoren auf einem einzelnen Plättchen anordnet.
Fertigung und praktische Grenzen
Die LSI-Produktion erforderte Durchbruchfortschritte in der Fotolithografie und Waferprozessierung. Strukturgrößen schrumpften auf 10 Mikrometer oder kleiner und erforderten strengere Kontrolle über Verunreinigung, Fotomaskengenauigkeit und chemische Prozessierung. Die Ausbeute wurde zu einem kritischen Anliegen; ein einzelner Fehler in einer komplexen LSI-Schaltung konnte einen gesamten Chip unbrauchbar machen, deshalb entwickelten Hersteller strengere Prüf- und Qualitätskontrollverfahren. Die Leistungsabgabe stieg auch mit zunehmender Transistordichte, was Konstrukteure zwang, Taktfrequenzen und Layout sorgfältig zu verwalten, um übermäßige Wärme zu vermeiden.
Häufige LSI-Produkte waren der Intel 4004 Mikroprozessor (2.300 Transistoren, 1971), frühe Static-RAM-Chips und Single-Chip-Audio-Codecs. Diese Bauelemente ermöglichten die Miniaturisierung von Unterhaltungselektronik, industriellen Steuerungen und frühen Heimcomputern. Die Fähigkeit, Tausende von Logik-Gattern zu integrieren, bedeutete, dass komplexe Logikfunktionen nicht mehr über Leiterplatten verteilt werden mussten.
Die LSI-Technologie stützte sich auf CMOS-Prozessierung (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), die niedrigere Stromverbrauch als bipolare Alternativen bot. Mit steigenden Anforderungen an schnellere Betriebsweise und höhere Dichte wurden die Grenzen von LSI deutlich: Wärmemanagement, Verbindungsverzögerungen und Designkomplexität nahmen alle stark zu. Dies trieb den schnellen Übergang zu VLSI und darüber hinaus bis zu den 1980er Jahren voran.