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La integración a muy gran escala, o VLSI por sus siglas en inglés, describe circuitos integrados con un número de transistores que oscila entre aproximadamente 100.000 y varios millones. Este umbral de densidad surgió en la década de 1980 a medida que los procesos de fabricación se redujeron por debajo de 1 micrómetro, lo que permitió que sistemas completos cupieran en matrices de silicio de solo unos pocos milímetros de ancho. Un chip VLSI podría contener un microprocesador completo, un controlador de memoria e interfaces periféricas que habrían requerido una placa de circuito impreso completa solo una generación antes.

El término se enmarca dentro de una progresión de escalas de integración que comenzó con la integración a pequeña escala (SSI), que cubría decenas de transistores, luego la de escala media (MSI), la de gran escala (LSI) y la propia VLSI. Por encima de VLSI se encuentra la integración a ultra gran escala (ULSI), utilizada libremente para los procesadores modernos con decenas de millones o miles de millones de transistores. Los límites entre estas categorías siempre han sido algo arbitrarios, definidos más por la capacidad de fabricación en un momento dado que por especificaciones rígidas.

Desafíos de diseño y fabricación

El diseño VLSI exige herramientas asistidas por computadora para el diseño, la simulación y la verificación que simplemente no estaban disponibles para los niveles de integración anteriores. Un diseñador no puede enrutar manualmente cientos de miles de interconexiones; los algoritmos automatizados de colocación y enrutamiento se volvieron esenciales. La disipación de energía se convierte en una preocupación principal en las densidades VLSI, ya que la conmutación de transistores genera calor que debe gestionarse mediante una cuidadosa planificación del espacio y, a veces, múltiples capas metálicas para la distribución de energía.

El rendimiento de fabricación disminuye drásticamente a medida que aumenta la densidad de transistores. Una sola partícula de polvo o variación del proceso puede inutilizar toda la matriz. Por lo tanto, la producción VLSI requiere entornos de sala limpia con recuentos de partículas inferiores a 100 por pie cúbico y un control estricto de la temperatura, la humedad y la pureza química durante la fotolitografía y el grabado. Las tasas de defectos que serían aceptables en escalas más bajas pueden hacer que un proceso VLSI sea económicamente inviable.

VLSI hizo posible la revolución de los microordenadores y sigue siendo la base de la electrónica moderna. Dispositivos de consumo como teléfonos inteligentes, procesadores de juegos y controladores automotrices dependen de la tecnología VLSI. El término en sí se ha vuelto algo anticuado en la literatura técnica, reemplazado por nombres de nodos de proceso más específicos (45 nm, 28 nm, etc.), pero sigue siendo una abreviatura útil para cualquier sistema de un solo chip de complejidad sustancial.