Scaling models and scaling factors in vlsi

 

Scaling models and scaling factors in VLSI

 

Question: What is Scaling? Why scaling is required? Briefly discuss scaling models of MOS transistor with appropriate scaling factors?

Solutions:

Scaling: Scaling is the proportional adjustment of the dimensions of an electronic device while maintaining the electrical properties of the device results in a device either larger or smaller than the unscaled device.

Need of scaling

Scaling is required to improve the performance of the MOS circuits. Following are the improvements that can be obtained by scaling.

1. More speed and less power consumption.
2. better device characteristics.
3. Higher chip density.
4. Less parasitic capacitance.
5. Low interconnect delays.
6. Low chip cost.

 

Scaling Models

1. Constant electric field scaling model.
2. Constant voltage scaling model.
3. A combined voltage and dimension scaling model.

 

Constant electric field scaling model(Full scaling): In this model magnitude of internal electric fields is kept constant only lateral dimensions are changed. The threshold voltage is also affected.

Constant voltage scaling model: It provides voltage compatibility with older circuit technologies. Increasing electric field leads to velocity saturation mobility degradation and sub-threshold leakage.

Combined voltage and dimension scaling model: In this scaling model, only the gate length is scaled. This is also called gate shrinking.

 

Scaling Factors

In order to accommodate the three models, two scaling factors 1/α and 1/β are used. 1/β is chosen as the scaling factor for supply voltage V_DD and gate oxide thickness D.

1/α is used for all other linear dimensions, both vertical and horizontal to the chip surface. For the constant field model and the constant voltage model β=α and β=1 respectively are applied.

 

Scaling models and scaling factors in VLSI

 

স্কেলিং:স্কেলিং হচ্ছে ডিভাইসের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য বজায় রেখে ইলেকট্রনিক ডিভাইসের মাত্রার আনুপাতিক সমন্বয় করা। স্কেলিংয়ের ফলে স্কেলিংকৃত ডিভাইস আনস্কেলড ডিভাইসের চেয়ে বড় বা ছোট হয়।

 

স্কেলিংয়ের প্রয়োজনিয়তা

MOS সার্কিটের কর্মক্ষমতা উন্নত করতে স্কেলিং প্রয়োজন। স্কেলিংয়ের মাধ্যমে যে উন্নতিগুলি পাওয়া যায় তা নিম্নরূপ।

• গতি বেশি এবং বিদ্যুৎ খরচ কম হয়।
• ডিভাইসের বৈশিষ্ট্য ভাল হয়।
• চিপের ঘনত্ব বেশি হয়।
• প্যারাসাইটিক ক্যাপ্যাসিট্যান্স কমে যায়।
• আন্তসংযোগ বিলম্ব কমে যায়।
• চিপ খরচ কম হয়।

 

স্কেলিং মডেল

1. কনস্ট্যান্ট বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র স্কেলিং মডেল।
2. কনস্ট্যান্ট ভোল্টেজ স্কেলিং মডেল।
3. সম্মিলিত ভোল্টেজ এবং ডাইমেনশন স্কেলিং মডেল।

 

কনস্ট্যান্ট বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র স্কেলিং মডেল(ফুল স্কেলিং): এই মডেলে অভ্যন্তরীণ বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের মাত্রা ধ্রুবক রাখা হয় শুধুমাত্র পার্শ্বীয় মাত্রা পরিবর্তন করা হয়। থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজও প্রভাবিত হয়।

কনস্ট্যান্ট ভোল্টেজ স্কেলিং মডেল: এটিতে পুরোনো সার্কিট প্রযুক্তির সাথে ভোল্টেজ সামঞ্জস্য প্রদান করে। বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র বৃদ্ধির মাধ্যমে বেগ স্যাচুরেশন গতিশীলতা এবং সাব থ্রেশহোল্ড লিকেজ কমানো হয়।

সম্মিলিত ভোল্টেজ এবং ডাইমেনশন স্কেলিং মডেল: এই স্কেলিং মডেলে শুধুমাত্র গেটের দৈর্ঘ্য স্কেল করা হয়। একে গেট সঙ্কুচিত করাও বলা হয়।

Scaling models and scaling factors in VLSI

স্কেলিং ফ্যাক্টর

তিনটি মডেল মিটমাট করার জন্য, দুটি স্কেলিং ফ্যাক্টর 1/α এবং 1/β ব্যবহার করা হয়। সরবরাহ ভোল্টেজ V_DD এবং গেট অক্সাইড বেধ D এর জন্য 1/β স্কেলিং ফ্যাক্টর হিসাবে ব্যবহৃত হয়।

চিপ পৃষ্ঠের উল্লম্ব এবং অনুভূমিক উভয় অন্যান্য রৈখিক মাত্রার জন্য 1/α ব্যবহৃত হয়।ধ্রুবক ক্ষেত্র মডেলের জন্য β = α এবং ধ্রুব ভোল্টেজ মডেলের জন্য β = 1 প্রয়োগ করা হয়।

Scaling