MSI

Medium Scale Integration, oder MSI, bezeichnet eine Klasse von digitalen integrierten Schaltkreisen, die etwa 100 bis 1.000 Transistoren pro Chip enthalten. Diese Packungsdichte liegt in der Mitte: größer und komplexer als Small Scale Integration (SSI), die nur eine Handvoll Gatter enthalten kann, aber kleiner als Large Scale Integration (LSI) und darüber hinaus. Ein typisches MSI-Bauteil bietet 10 bis 100 logische Gatter mit praktischer Funktion.

MSI-Schaltkreise kamen in den frühen 1970er Jahren auf den Markt, als sich die Herstellung verbesserte. Häufige Beispiele sind die 7400er-Serie TTL-Chips (Transistor-Transistor-Logik): der 7400 selbst enthält vier 2-Input-NAND-Gatter; der 7447 ist ein BCD-zu-Sieben-Segment-Dekoder; der 74138 ist ein 3-zu-8-Leitungsdekoder. Diese waren robuste Komponenten in Prüfgeräten, Prozessleitsystemen und industrieller Automatisierung über Jahrzehnte hinweg.

Design und Fertigung

Der Silizium-Die in einem MSI-Schaltkreis ist üblicherweise 25 bis 100 Quadratmillimeter groß. Die Transistoren selbst sind mehrere Mikrometer breit, und Metallverbindungen laufen in mehreren Lagen zwischen ihnen. Die Ausbeute war ein echtes Problem: Fehler in einer einzelnen Schicht konnten ganze Produktionschargen zerstören, daher investierten die Hersteller intensiv in Prozesskontrolle und Prüfung.

Ein MSI-Chip kommt üblicherweise in einem 14-poligen, 16-poligen oder 24-poligen DIP-Gehäuse (Dual In-Line Package) oder in einem oberflächenmontierten Äquivalent wie SOIC. Die Anschlüsse führen Stromversorgung, Masse, Eingangssignale und Ausgangssignale. Die Wärmeableitung war für die meisten MSI-Bauelemente handhabbar, typischerweise unter 500 mW pro Chip bei Standardbetriebsspannung (5 V für TTL, 3,3 V für spätere CMOS-Varianten).

Industrienutzer schätzten MSI für Zuverlässigkeit und Reparierbarkeit. Ein ausgefallener 7400-Chip konnte in Minuten aus dem Sockel genommen und ersetzt werden. Da die Logik auf Gatter-Ebene sichtbar war, war die Fehlersuche mit einem Oszilloskop oder Logik-Analysator unkompliziert. Ein Entwickler, der eine Zustandsmaschine oder einen Zähler aufbaute, konnte sechs oder zehn MSI-Chips auf einer Leiterplatte kombinieren und genau verstehen, was jeder von ihnen tat.

MSI begann in den 1990er Jahren zu verschwinden, als Mikrocontroller und programmierbare Logikbausteine (CPLDs, FPGAs) billig und stromsparend genug wurden, um Festlogik zu ersetzen. Heute werden MSI-Chips noch immer für Legacy-Geräte und kostensensitive Designs hergestellt, bei denen ein einzelnes CMOS-Gate-Array zu viel wäre, aber sie sind nicht mehr die erste Wahl beim Design neuer Industrieelektronik.