très grande échelle

L'intégration à très grande échelle, ou VLSI (Very-Large-Scale Integration), décrit les circuits intégrés dont le nombre de transistors varie d'environ 100 000 à plusieurs millions. Ce seuil de densité est apparu dans les années 1980, lorsque les processus de fabrication sont passés en dessous de 1 micromètre, permettant à des systèmes entiers de tenir sur des puces de silicium de quelques millimètres de côté. Une puce VLSI pouvait contenir un microprocesseur complet, un contrôleur de mémoire et des interfaces périphériques qui auraient nécessité une carte de circuit imprimé complète une génération auparavant.

Le terme s'inscrit dans une progression des échelles d'intégration qui a commencé par l'intégration à petite échelle (SSI), couvrant des dizaines de transistors, puis l'intégration à moyenne échelle (MSI), à grande échelle (LSI), et la VLSI elle-même. Au-dessus de la VLSI vient l'intégration à ultra grande échelle (ULSI), utilisée de manière lâche pour les processeurs modernes avec des dizaines de millions ou des milliards de transistors. Les frontières entre ces catégories ont toujours été quelque peu arbitraires, définies plus par la capacité de fabrication à un moment donné que par des spécifications rigides.

Défis de conception et de fabrication

La conception VLSI exige des outils de conception assistée par ordinateur pour la disposition, la simulation et la vérification qui n'étaient tout simplement pas disponibles pour les niveaux d'intégration antérieurs. Un concepteur ne peut pas router manuellement des centaines de milliers d'interconnexions ; les algorithmes automatisés de placement et de routage sont devenus essentiels. La dissipation de puissance devient une préoccupation majeure aux densités VLSI, car la commutation des transistors génère de la chaleur qui doit être gérée par une planification minutieuse de l'agencement et parfois plusieurs couches métalliques pour la distribution de l'énergie.

Le rendement de fabrication diminue fortement à mesure que la densité des transistors augmente. Une seule particule de poussière ou une variation de processus peut rendre la puce entière inutilisable. La production VLSI nécessite donc des environnements de salle blanche avec des comptes de particules inférieurs à 100 par pied cube et un contrôle strict de la température, de l'humidité et de la pureté chimique pendant la photolithographie et la gravure. Des taux de défauts qui seraient acceptables à des échelles inférieures peuvent rendre un processus VLSI économiquement non viable.

La VLSI a permis la révolution du micro-ordinateur et reste le fondement de l'électronique moderne. Les appareils grand public comme les smartphones, les processeurs de jeu et les contrôleurs automobiles dépendent tous de la technologie VLSI. Le terme lui-même est devenu quelque peu désuet dans la littérature technique, supplanté par des noms de nœuds de processus plus spécifiques (45 nm, 28 nm, etc.), mais il reste un raccourci utile pour tout système monopuce d'une complexité substantielle.