Halfgeleiders: woordenlijst

Basisbegrippen die vaak voorkomen bij het leren van halfgeleidertechniek, geordend per onderwerp. Voer een trefwoord in om te filteren.

Basis

HalfgeleiderfysicaVragen over dit onderwerp →

Acceptor: Onzuiverheid die elektronen uit een halfgeleider opneemt en zo gaten (holes) doet ontstaan. In silicium zijn dat elementen uit groep III zoals boor (B), waarmee een p-type halfgeleider wordt gemaakt.
Auger-recombinatie: Proces waarbij de energie van een recombinerend elektron en gat niet als licht maar aan een andere ladingdrager wordt afgegeven. Treedt vooral op bij hoge ladingsdragerconcentraties en hangt samen met de levensduur in sterk gedoteerde lagen en met efficiëntieverlies van LED's.
Bandgap (bandkloof): Energieverschil tussen de bovenkant van de valentieband en de onderkant van de geleidingsband. Silicium heeft bij kamertemperatuur ongeveer 1,12 eV. Hoe groter, hoe beter het bestand is tegen hoge temperaturen en hoge spanningen.
Diffusielengte: Gemiddelde afstand die minderheidsladingdragers door diffusie afleggen voordat ze recombineren. Uit te drukken als L = √(Dτ) met diffusiecoëfficiënt D en levensduur τ. Heeft grote invloed op het rendement van zonnecellen en fotodetectoren.
Donor: Doteerstof die elektronen aan een halfgeleider levert. In silicium zijn dit elementen uit groep V, zoals fosfor (P) of arseen (As), die een n-type halfgeleider vormen.
Effectieve massa: Schijnbare massa waarmee elektronen of gaten in een kristal worden behandeld als vrije deeltjes onder een externe kracht. Wordt bepaald door de kromming van de band; hoe kleiner, hoe hoger de mobiliteit meestal is.
Einstein-relatie: Relatie D = μkT/q tussen de diffusiecoëfficiënt D en de mobiliteit μ van ladingdragers. Geeft aan dat materialen met een hogere mobiliteit ook gemakkelijker diffunderen.
Elektronenaffiniteit: Energieverschil tussen het vacuümniveau en de onderkant van de geleidingsband van een halfgeleider. Wordt gebruikt bij het beschouwen van bandsprongen in heterojuncties en de hoogte van de barrière bij contact met metaal.
Fermi-niveau: Energie waarbij de kans dat een elektron dat niveau bezet precies 1/2 is. Ligt bij n-type dichter bij de geleidingsband en bij p-type dichter bij de valentieband.
Gedegenereerde halfgeleider: Halfgeleider met een zeer hoge doteringsconcentratie waarin het Fermi-niveau in de geleidings- of valentieband ligt. Vertoont bijna metaalachtige eigenschappen en wordt gebruikt voor tunneldiodes en contacten met lage weerstand.
Indirecte bandovergang (indirect bandgap): Bandstructuur waarbij de impuls (golfgetal) van de onderkant van de geleidingsband en de bovenkant van de valentieband verschillen. Voor de overgang is een fonon nodig, zodat nauwelijks licht wordt uitgezonden. Silicium en germanium zijn typische voorbeelden.
Intrinsieke ladingdragerdichtheid: Dichtheid van thermisch gegenereerde elektronen en gaten in een zuivere halfgeleider (genoteerd als ni). In silicium bij kamertemperatuur ongeveer 1×10¹⁰ cm⁻³; neemt sterk toe met de temperatuur. In thermisch evenwicht geldt n × p = ni².
Mobiliteit: Maat voor hoe gemakkelijk ladingdragers bewegen in een elektrisch veld. In silicium is de mobiliteit van elektronen groter dan die van gaten.
Quasi-Fermi-niveau: Fermi-niveau dat wordt ingevoerd om de elektronen- en gatendichtheid afzonderlijk te beschrijven in een halfgeleider die door belichting of stroominjectie uit het thermisch evenwicht is gebracht. Hoe groter het verschil tussen beide, hoe meer ladingdragers zijn geïnjecteerd.
SRH-recombinatie (Shockley-Read-Hall-recombinatie): Proces waarbij elektronen en gaten recombineren via diepe niveaus (traps) in de bandgap. Bepaalt vooral de levensduur van minderheidsladingdragers in silicium en wordt korter door metaalverontreiniging en kristaldefecten.
Uittreearbeid: Energieverschil tussen het vacuümniveau en het Fermi-niveau; de minimale energie om een elektron uit een materiaal los te maken. Bepaalt onder meer de drempelspanning van metal gates en de hoogte van de schottkybarrière.

PN-overgang en diodeVragen over dit onderwerp →

Diffusiecapaciteit: Capaciteit in een pn-junctie in doorlaatrichting, veroorzaakt door de opeenhoping van geïnjecteerde minderheidsladingdragers in het neutrale gebied. Neemt toe met de doorlaatstroom en beperkt snelle werking.
Geleidbaarheidsmodulatie: Verschijnsel waarbij veel minderheidsladingdragers in een laag met lage dotering worden geïnjecteerd en de weerstand van die laag sterk daalt. Wordt gebruikt in PIN-diodes en IGBT's om hoge doorslagspanning te combineren met een lage aan-spanning.
Idealiteitsfactor: De n in de diodestroomvergelijking I ∝ exp(qV/nkT). Nadert 1 als diffusiestroom domineert en 2 als recombinatiestroom in de uitputtingslaag domineert; een maat voor de kwaliteit van de overgang.
Ingebouwde spanning (built-in potential): Potentiaalverschil dat in de uitputtingslaag van een pn-junctie bestaat zonder dat er een externe spanning wordt aangelegd. In silicium ongeveer 0,6 tot 0,8 V; het vormt een barrière die de diffusie van ladingdragers stopt.
Junctiecapaciteit (depletiecapaciteit): Capaciteit die ontstaat doordat de depletielaag van een pn-overgang werkt als een vlakkeplatencondensator. Bij een grotere sperspanning wordt de depletielaag breder en de capaciteit kleiner. Varicaps maken gebruik van deze eigenschap.
Lawinedoorslag (avalanche breakdown): Verschijnsel waarbij door een sterk veld in sperrichting versnelde ladingdragers tegen atomen botsen en nieuwe ladingdragers vormen, die zich kettingsgewijs vermenigvuldigen, zodat een grote stroom gaat lopen.
Ohms contact: Contact tussen metaal en halfgeleider met een lage weerstand in beide stroomrichtingen, waarbij stroom en spanning evenredig zijn. Wordt gemaakt door het halfgeleideroppervlak hoog te doteren, zodat ladingdragers de barrière gemakkelijk door tunneling passeren.
Schottky-barrièrediode: Diode die een metaal-halfgeleiderovergang (Schottky-overgang) gebruikt. Lage voorwaartse spanning en geen opslag van minderheidsladingdragers, waardoor snel schakelen mogelijk is.
Sperherstelltijd (reverse recovery time): Tijd waarin, nadat een geleidende diode een sperspanning krijgt, nog een stroom in sperrichting blijft lopen totdat de opgeslagen minderheidsladingdragers verdwenen zijn. Veroorzaakt schakelverliezen en ruis.
Tunneldiode (Esaki-diode): Diode met een pn-junctie waarvan beide zijden extreem sterk zijn gedoteerd, waarin door het tunneleffect in doorlaatrichting een gebied met negatieve weerstand optreedt. Ontdekt in 1957 door Leo Esaki.
Uitputtingslaag (depletion layer): Gebied rond de grens van een pn-junctie waarin vrijwel geen ladingdragers aanwezig zijn. De laag wordt breder bij sperspanning.
Voorwaartse voorspanning (forward bias): Een positieve spanning aan de p-kant en een negatieve aan de n-kant. De barrière wordt lager en er loopt gemakkelijk stroom. In omgekeerde richting spreekt men van sperrichting (reverse bias), waarbij nauwelijks stroom loopt.
Zenerdiode: Diode die gebruikmaakt van de vrijwel constante doorslagspanning in sperrichting om een stabiele spanning te leveren.

Bipolaire transistorVragen over dit onderwerp →

Actief gebied: Toestand waarin de basis-emitterovergang in voorwaartse en de basis-collectorovergang in sperrichting is voorgespannen. De collectorstroom is evenredig met de basisstroom en wordt gebruikt voor versterking.
Afsnijgebied (cut-off): Toestand waarin beide juncties van een bipolaire transistor in sperrichting staan en vrijwel geen collectorstroom loopt. Komt overeen met een geopende schakelaar.
Common-emitterschakeling: Versterkerschakeling waarin de emitter de gemeenschappelijke aansluiting van ingang en uitgang is. Levert zowel stroom- als spanningsversterking en is de meest gebruikte configuratie.
Darlingtonschakeling: Schakeling waarbij de emitterstroom van de eerste transistor in de basis van de tweede gaat. De totale stroomversterking is ongeveer het product van beide, zodat met een kleine basisstroom een grote stroom wordt geschakeld.
Early-effect: Verschijnsel waarbij een hogere collectorspanning de uitputtingslaag tussen basis en collector verbreedt, waardoor de effectieve basisbreedte afneemt en de collectorstroom iets toeneemt.
Emittervolger (emitter follower): Common-collectorversterker. De spanningsversterking is ongeveer 1, maar door de hoge ingangsimpedantie en lage uitgangsimpedantie wordt hij gebruikt als buffer die de volgende trap aanstuurt zonder het signaal te verzwakken.
HBT (heterojunctie-bipolaire transistor): Bipolaire transistor met materialen met verschillende bandgaps voor emitter en basis. Er bestaan varianten op basis van SiGe en GaAs; ze worden gebruikt in hoogfrequente versterkers.
Miller-effect: Effect waarbij een capaciteit tussen ingang en uitgang van een inverterende versterker vanaf de ingang gezien (1 + versterking) keer groter lijkt. Verslechtert het hoogfrequente gedrag van common-emitter- en common-sourceschakelingen.
Overnamevervorming (crossover distortion): Vervorming in een klasse-B-balansversterker die optreedt rond 0 V, waar de transistors voor de positieve en negatieve halve periode elkaar afwisselen en geen van beide geleidt. Wordt verminderd in klasse AB, waar een kleine voorspanning wordt toegepast.
Stroomspiegel (current mirror): Schakeling met twee transistors met gelijke eigenschappen die door de ene transistor dezelfde stroom (of een vaste verhouding daarvan) laat lopen als door de andere. Veel gebruikt als biasstroombron en actieve belasting in analoge IC's.
Stroomversterkingsfactor (hFE): Verhouding tussen collectorstroom en basisstroom van een bipolaire transistor (IC/IB).
Transitiefrequentie: Frequentie waarbij de stroomversterking in gemeenschappelijke-emitterschakeling is gedaald tot 1, genoteerd als fT. Een gangbare maat voor de hoogfrequentprestaties van een transistor.
Verzadigingsgebied (saturation region): Toestand van een bipolaire transistor waarin zowel de basis-emitter- als de basis-collectorjunctie in doorlaatrichting staat. De collector-emitterspanning daalt tot ongeveer 0,1 tot 0,3 V, wat overeenkomt met een ingeschakelde schakelaar.

MOSFETVragen over dit onderwerp →

CMOS: Circuitstijl waarin nMOS en pMOS complementair worden gecombineerd. In de statische toestand loopt vrijwel geen doorschietstroom, waardoor het vermogensverbruik laag is.
DIBL: Afkorting van Drain Induced Barrier Lowering. Bij een MOSFET met kort kanaal daalt de potentiaalbarrière aan de sourcezijde naarmate de drainspanning hoger is, waardoor de drempelspanning daalt. Verhoogt de lekstroom in de uit-toestand.
Doorschietstroom (shoot-through-stroom): Stroom die in een CMOS-schakeling van de voeding naar de aarde loopt in het korte moment tijdens het omschakelen van de ingang waarin pMOS en nMOS tegelijk geleiden. Ook kortsluitstroom genoemd; maakt deel uit van het vermogensverbruik.
Drempelspanning (threshold voltage): De gatespanning waarbij in een MOSFET het kanaal (inversielaag) ontstaat en er stroom begint te lopen. Genoteerd als Vth.
Flatbandspanning: Gatespanning bij een MOS-structuur waarbij de banden aan het halfgeleideroppervlak niet buigen maar vlak zijn. Wordt bepaald door het verschil in uittreearbeid tussen gate en substraat en door ladingen in het oxide, en is een van de componenten van de drempelspanning.
GIDL (gate-induced drain leakage): Verschijnsel waarbij door het sterke elektrische veld in het gebied waar gate en drain overlappen een band-naar-band-tunnelstroom loopt, waardoor de lekstroom in uit-toestand toeneemt. Een probleem bij onder meer de gegevensretentie van DRAM.
Inversielaag: Laag die ontstaat doordat ladingdragers van het tegengestelde type aan het halfgeleideroppervlak samenkomen onder invloed van de gatespanning. Vormt het kanaal van een MOSFET.
Kanaallengtemodulatie: Verschijnsel bij een MOSFET in verzadiging: een hogere drainspanning verschuift het pinch-offpunt naar de source, waardoor de effectieve kanaallengte korter wordt en de drainstroom iets toeneemt. Maakt de uitgangsweerstand eindig.
Korte-kanaaleffect: Verschijnsel waarbij bij een kortere gatelengte de drempelspanning daalt door de invloed van het drainveld en de lekstroom in de uit-toestand toeneemt.
LDD-structuur: Afkorting van Lightly Doped Drain. Structuur waarbij alleen het gate-zijdige uiteinde van de drain een lagere doteringsconcentratie heeft, om het elektrische veld te verzwakken en degradatie door hot carriers te onderdrukken.
Punch-through: Verschijnsel waarbij de uitputtingslagen van source en drain samenkomen en een door de gate niet te regelen stroom gaat lopen. Treedt op als het kanaal te kort of de substraatconcentratie te laag is.
Snelheidsverzadiging (velocity saturation): Verschijnsel waarbij de driftsnelheid van ladingdragers in een sterk elektrisch veld niet evenredig met het veld toeneemt maar bij ongeveer 1×10⁷ cm/s afvlakt. Bij kortekanaal-MOSFET's is dit de reden dat de drainstroom kleiner is dan de kwadratische wet voorspelt.
Substraatbiaseffect (body-effect): Verschijnsel waarbij een sperspanning tussen source en substraat (body) de lading in de uitputtingslaag doet toenemen en de drempelspanning verhoogt. Ook body-effect genoemd. Soms gebruikt om de drempel bij te stellen.
Subthreshold swing: Gatespanning die nodig is om de drainstroom beneden de drempelspanning met een factor 10 te veranderen. De theoretische ondergrens bij kamertemperatuur is ongeveer 60 mV/decade; hoe kleiner, hoe scherper de overgang tussen aan en uit.
Transconductantie: Verhouding tussen de verandering van de drainstroom en de verandering van de gatespanning, geschreven als gm. Geeft het versterkend vermogen van de transistor weer; de versterking van een schakeling wordt bij benadering bepaald door gm maal de belastingsweerstand.
Transmissiepoort (transmission gate): Analoge schakelaar met een nMOS en een pMOS parallel geschakeld. De nMOS geleidt 0 goed en de pMOS 1, zodat beide waarden zonder spanningsverlies worden doorgegeven.

Logische schakelingenVragen over dit onderwerp →

Clockskew: Verschil in aankomsttijd van hetzelfde kloksignaal bij verschillende flipflops. Het verandert de marge voor setup en hold en wordt daarom met clocktreesynthese klein gehouden.
Combinatorische schakeling: Logische schakeling waarvan de uitgang alleen van de huidige ingangen afhangt. Voorbeelden zijn opteller, multiplexer en decoder.
Decoder: Schakeling die op basis van een n-bits ingang slechts één van de 2ⁿ uitgangen activeert. Wordt gebruikt om uit een geheugenadres de rij te kiezen waarvan gelezen of waarnaar geschreven wordt. De schakeling met de omgekeerde werking is de encoder.
Flipflop: Basiselement van een sequentiële schakeling dat 1 bit informatie opslaat. Een D-flipflop neemt de ingang over op de flank van de klok.
Glitch: Ongewenste puls die heel kort op de uitgang verschijnt, bijvoorbeeld door verschillen in vertraging tussen signaalpaden. In combinatorische schakelingen ook hazard genoemd; bij DA-omzetters ontstaat hij bij het omschakelen van codes.
Gray-code: Code waarbij tussen aangrenzende waarden slechts één bit verandert. Wordt gebruikt om leesfouten te voorkomen bij roterende encoders en bij het doorgeven van tellerwaarden tussen verschillende klokdomeinen.
Holdtijd: Minimale tijd dat de data-ingang van een flipflop ook na de actieve klokflank ongewijzigd moet blijven. Een overtreding is niet op te lossen door de klokfrequentie te verlagen; de maatregel is het toevoegen van vertraging.
Insteltijd (setup time): Minimale tijd dat de data-ingang van een flipflop vóór de actieve klokflank stabiel moeten zijn. Paden die hieraan niet voldoen, beperken de maximale werkfrequentie van de schakeling.
Karnaugh-diagram: Diagram waarin de waarheidstabel van een logische functie zo is gerangschikt dat naburige cellen in slechts één bit verschillen. Door groepen enen te omlijnen kan de logische uitdrukking visueel worden vereenvoudigd.
Metastabiliteit: Toestand waarin de uitgang van een flipflop enige tijd noch 0 noch 1 is, doordat de setup- of holdtijd niet is gehaald. Als maatregel worden asynchrone signalen met een tweetraps-flipflop gesynchroniseerd.
Multiplexer: Schakeling die op basis van een selectiesignaal één uit meerdere ingangen kiest en naar de uitgang doorgeeft. Ook selector genoemd. Een schakeling die één ingang juist naar één van meerdere uitgangen verdeelt, heet demultiplexer.
Schuifregister: Schakeling waarin flipflops in serie zijn geschakeld en bij elke klokpuls de data één bit naar de buur opschuiven. Gebruikt voor serieel-parallelomzetting en voor scantestketens.
Sequentiële schakeling: Logische schakeling die een toestand onthoudt, bijvoorbeeld met flipflops, en waarvan de uitgang zowel door de ingang als door de eerdere toestand wordt bepaald. Voorbeelden: tellers en registers.
Stelling van De Morgan: Omzettingsregels voor logische uitdrukkingen: de negatie van (A en B) is (niet A) of (niet B), en de negatie van (A of B) is (niet A) en (niet B).
Tri-statebuffer: Buffer die naast 0 en 1 ook een hoogohmige toestand kan aannemen waarin de uitgang is losgekoppeld. Voorkomt uitgangsconflicten wanneer meerdere schakelingen één bus delen.
Twee-complement (two's complement): Gangbare binaire representatie van negatieve gehele getallen. Door de bits te inverteren en 1 op te tellen, verandert het teken. Met n bits kan het bereik van −2ⁿ⁻¹ tot 2ⁿ⁻¹ − 1 worden weergegeven en kan een optelschakeling ongewijzigd voor aftrekken worden gebruikt.
Volledige opteller (full adder): Schakeling die drie ingangen optelt (twee bits en de carry van de lagere positie) en een som en een carry naar de hogere positie levert. Een variant zonder carry-ingang is een halve opteller. In serie geschakeld vormen ze een opteller voor meerdere bits.
Waarheidstabel: Tabel met de uitgangen voor alle combinaties van ingangen. Wordt gebruikt om de werking van een logisch circuit te beschrijven.

Analoge en elektronische schakelingenVragen over dit onderwerp →

1/f-ruis (flickerruis): Ruis die toeneemt naarmate de frequentie lager is. In MOSFET's ontstaat die doordat traps aan het grensvlak met de gate-isolator ladingdragers vangen en loslaten; een probleem in laagfrequente analoge schakelingen.
Afsnijfrequentie (cutoff frequency): Frequentie waarbij de uitgang van een filter of versterker 3 dB (ongeveer een factor 0,707) onder het doorlaatgebied ligt. Bij een RC-schakeling is dit 1/(2πRC).
Bandgap-referentiespanningsschakeling: Schakeling die de met de temperatuur dalende diodespanning optelt bij een met de temperatuur stijgende spanning en zo een van de temperatuur nauwelijks afhankelijke referentiespanning van circa 1,2 V maakt. Veel gebruikt als referentie voor ADC's en voedings-IC's.
CMRR (common-mode rejection ratio): Bij een differentiële versterker de verhouding tussen de versterking van het differentiële signaal en die van het common-modesignaal dat op beide ingangen gelijk aanwezig is. Hoe groter, hoe beter gemeenschappelijke ruis op de bedrading wordt onderdrukt.
Comparator: Schakeling die twee ingangsspanningen vergelijkt en het resultaat als binaire H of L afgeeft. Ook een basisbouwsteen van AD-omzetters.
Differentiële versterker: Schakeling die het verschil tussen twee ingangen versterkt en componenten die beide gemeen hebben (zoals ruis) onderdrukt. Wordt gebruikt als ingangstrap van operationele versterkers.
Fasemarge (phase margin): Marge tot een faseverschuiving van 180° bij de frequentie waarop de lusversterking van de negatief teruggekoppelde lus 1 (0 dB) wordt. Is die klein, dan wordt de respons oscillerend; bij 0 of minder treedt oscillatie op. Als richtlijn geldt doorgaans 45 tot 60° of meer.
Instrumentatieversterker: Differentiële versterker, bijvoorbeeld opgebouwd uit drie opamps, met een hoge ingangsimpedantie en een grote CMRR. Wordt gebruikt om kleine differentiële signalen van sensoren nauwkeurig te versterken.
LDO: Afkorting van Low Drop-Out: lineaire spanningsregelaar die ook werkt bij een klein spanningsverschil tussen ingang en uitgang. Weinig ruis, maar het product van spanningsverschil en stroom gaat als warmte verloren.
Negatieve terugkoppeling: Een deel van de uitgang met tegengestelde polariteit naar de ingang terugvoeren. De versterking daalt, maar de winst wordt stabieler en vervorming en bandbreedte verbeteren.
Operationele versterker (op-amp): Versterker met een differentiële ingang en een hoge versterkingsfactor. Met negatieve terugkoppeling wordt hij gebruikt voor versterkerschakelingen, filters en dergelijke.
PLL (phase-locked loop): Schakeling die het faseverschil met een referentieklok detecteert en een oscillator bijstuurt, zodat een klok met een frequentie die een (bijvoorbeeld geheel) veelvoud is van de referentie, wordt gegenereerd. Wordt gebruikt voor klokgeneratie van CPU's en frequentiesynthese in draadloze systemen.
PSRR (voedingsspanningsonderdrukking): Maat voor hoe weinig variaties in de voedingsspanning doorwerken naar de uitgang van de schakeling. Hoe groter, hoe beter de schakeling bestand is tegen voedingsruis.
Schmitt-trigger: Schakeling met verschillende drempels voor stijgende en dalende ingangssignalen (hysterese). De uitgang blijft stabiel, ook bij langzaam veranderende signalen of signalen met ruis.
Slew rate: Maximale snelheid waarmee de uitgangsspanning van een op-amp kan veranderen, uitgedrukt in V/µs. Bij signalen met grote amplitude en hoge frequentie raakt de golfvorm vervormd als deze waarde tekortschiet.
Spanningsvolger (voltage follower): Opamp-schakeling met versterking 1 waarbij de uitgang rechtstreeks met de inverterende ingang is verbonden. De ingangsimpedantie is hoog en de uitgangsimpedantie laag, dus ze wordt als buffer gebruikt.
Thermische ruis (Johnson-ruis): Ruis die ontstaat door de thermische beweging van elektronen in een weerstand. Het kwadratisch gemiddelde van de spanning is 4kTRΔf en is evenredig met temperatuur, weerstand en bandbreedte.
Tijdconstante: Maat voor de snelheid van de stapresponsie van bijvoorbeeld een RC-schakeling; bij een RC-schakeling is τ = RC. Na een tijd τ is ongeveer 63% van de eindwaarde bereikt en na ongeveer 5τ is de respons vrijwel tot rust gekomen.
Transimpedantieversterker (TIA): Versterkerschakeling die een ingangsstroom omzet in een spanning. De stroom wordt naar de inverterende ingang van de op-amp gevoerd en door de terugkoppelweerstand in spanning omgezet. Wordt gebruikt om het signaal van fotodiodes uit te lezen.
Versterking-bandbreedteproduct (GBW): Product van versterking en bandbreedte van een operationele versterker, dat nagenoeg constant is. Bij een GBW van bijvoorbeeld 1 MHz heeft een schakeling met versterking 10 een bandbreedte van circa 100 kHz.
Virtuele kortsluiting (virtual short): Eigenschap van een ideale opamp met negatieve terugkoppeling waarbij de spanningen op de twee ingangen vrijwel gelijk zijn. Er loopt geen stroom, maar de ingangen kunnen als kortgesloten worden behandeld, zodat de versterking van de schakeling eenvoudig te bepalen is.

A/D- en D/A-conversieVragen over dit onderwerp →

Aliasing: Verschijnsel waarbij componenten boven de helft van de bemonsteringsfrequentie ten onrechte als componenten met een lagere frequentie verschijnen. Wordt voor de AD-conversie voorkomen met een laagdoorlaatfilter.
Bemonsteringstheorema (sampling theorem): Stelling dat een signaal kan worden gereconstrueerd als het wordt bemonsterd met een frequentie die hoger is dan tweemaal de hoogste frequentie in het signaal. Ook wel stelling van Nyquist-Shannon genoemd.
DNL (differentiële niet-lineariteit): Fout die aangeeft hoeveel de staphoogte tussen aangrenzende codes van een AD-omzetter afwijkt van de ideale 1 LSB. Bij −1 LSB ontstaat een ontbrekende code (missing code).
ENOB (effectief aantal bits): Waarde die de prestaties van een echte AD-omzetter inclusief ruis en vervorming (SINAD) omrekent naar het aantal bits van een ideale ADC. Het is niet ongebruikelijk dat een 12-bits ADC een ENOB van ongeveer 10 bits heeft.
Flash-ADC: Snelste AD-omzetter, die met een groot aantal comparatoren de ingang in één keer vergelijkt. Voor N bits zijn 2ᴺ − 1 comparatoren nodig, waardoor de schakeling bij hogere resolutie snel groot wordt.
INL (integrale niet-lineariteit): Maximale afwijking van de werkelijke ingangs-uitgangskarakteristiek van een AD- of DA-converter ten opzichte van de ideale rechte lijn. Komt overeen met de opgetelde DNL.
Jitter: Kleine tijdelijke afwijking van de timing van klok- of signaalflanken ten opzichte van het ideale moment. Bij het bemonsteren van signalen met hoge frequentie veroorzaakt zelfs weinig jitter een grote spanningsfout.
Kwantisatiefout: Fout die ontstaat wanneer een continue analoge waarde wordt afgerond tot een digitale waarde met een eindig aantal bits. Maximaal een halve LSB.
Missing code: Fout waarbij een bepaalde uitgangscode van een AD-omzetter nooit voorkomt, hoe de ingang ook wordt gevarieerd. Treedt op wanneer de DNL −1 LSB bereikt.
Noise shaping: Techniek die met een terugkoppellus de kwantisatieruis naar hogere frequenties verschuift en zo de ruis in de signaalband vermindert. Wordt in ΔΣ-ADC's gecombineerd met oversampling om een hoge resolutie te bereiken.
Nyquistfrequentie: De helft van de bemonsteringsfrequentie. Componenten daarboven verschijnen bij bemonstering als signaal met een lagere frequentie (aliasing).
Oversampling: Bemonsteren met een frequentie die ruim boven de voor het signaal benodigde frequentie ligt (tweemaal de Nyquistfrequentie). De kwantisatieruis wordt over een brede band verspreid, zodat de ruis in de signaalband afneemt. Basis van de ΔΣ-ADC.
Pipeline-ADC: AD-converter die de conversie in meerdere trappen verdeelt, waarbij elke trap enkele bits bepaalt en de resterende fout naar de volgende trap doorgeeft, zoals bij lopendebandwerk. Combineert hoge snelheid met middelhoge tot hoge resolutie.
R-2R-laddernetwerk-DAC: DA-omzetter die slechts twee weerstandswaarden, R en 2R, in een laddernetwerk gebruikt. Er zijn weinig soorten weerstanden nodig en de weerstandsverhouding blijft klein, ook als het aantal bits toeneemt.
Sample-and-holdschakeling: Schakeling die de spanning van het ingangssignaal op een bepaald moment overneemt (sample) en tot het einde van de AD-omzetting constant houdt (hold). Bestaat uit een schakelaar en een condensator.
SAR-ADC (successive approximation): ADC die met een interne DAC en een comparator de bits één voor één vastlegt, te beginnen bij het meest significante bit. Goede balans tussen snelheid, nauwkeurigheid en vermogensverbruik.
ΔΣ-ADC (delta-sigma-ADC): ADC die met een hoge frequentie oversampelt, de kwantisatieruis naar hoge frequenties verschuift en die daarna verwijdert. Wordt gebruikt voor toepassingen met hoge resolutie, zoals audio en metingen.

Componenten

DRAMVragen over dit onderwerp →

1T1C-cel: DRAM-geheugencel die één bit opslaat met één transistor en één condensator. De aan- of afwezigheid van lading op de condensator staat voor 0 en 1.
Bank: Onderdeel waarin het DRAM-geheugen is verdeeld, zodat de delen onafhankelijk kunnen werken. Door activeringen en lees- en schrijfacties van verschillende banken te laten overlappen, verbetert de effectieve toegangsprestatie.
Bitlijn: Bedrading waarmee de data van geheugencellen worden gelezen en geschreven. Bij DRAM wordt de kleine potentiaalverandering op de bitlijn door de lading in de cel versterkt door een sense-versterker.
CAS-latency: Aantal kloktikken in DRAM tussen een leescommando met kolomadres en de uitvoer van de data. Afgekort CL. Hoe kleiner de waarde, hoe sneller de respons.
DDR SDRAM: Synchroon DRAM dat gegevens overdraagt op zowel de stijgende als de dalende klokflank. De overdrachtssnelheid is met de generaties DDR4 en DDR5 steeds verhoogd. Standaard voor het hoofdgeheugen van pc's en servers.
DIMM: Geheugenmodule waarop meerdere DRAM-chips op een klein printje zijn gemonteerd, zodat ze in de sleuf van een pc of server kunnen worden gestoken.
ECC (foutcorrigerende code): Mechanisme dat redundante bits aan de gegevens toevoegt om bij het uitlezen foute bits te detecteren en te corrigeren. Wordt gebruikt in servergeheugen, flashgeheugen en binnen DDR5-chips.
Leesversterker (sense amplifier): Schakeling die het kleine spanningsverschil van een geheugencel versterkt en bepaalt of de waarde 0 of 1 is.
LPDDR: Afkorting van Low Power DDR. DRAM-standaard voor smartphones en laptops met een lage voedingsspanning en uitgebreide zuinigheidsfuncties.
Memory wall: Probleem dat de verbetering van de bandbreedte en latentie van het geheugen de stijging van de rekenprestaties van processors niet bijhoudt, waardoor de totale prestaties beperkt worden. Wordt aangepakt met onder meer HBM, grotere caches en geavanceerde packaging.
Precharge: Handeling waarbij de bitlijnen vóór het uitlezen van het geheugen vooraf worden opgeladen tot een vaste potentiaal (bij DRAM bijvoorbeeld de helft van de voedingsspanning). Bij DRAM duidt het ook op het sluiten van een geopende rij ter voorbereiding op de activering van de volgende rij.
Redundantieherstel (redundancy repair): Techniek waarbij rijen of kolommen met defecte cellen in het geheugen worden vervangen door vooraf aangebrachte reserverijen of -kolommen, zodat het deel toch goed is. Defecte posities worden bij de test bepaald en met bijvoorbeeld zekeringen omgeschakeld. Verhoogt de yield aanzienlijk.
Refresh: Bewerking waarbij de data van DRAM periodiek worden uitgelezen en teruggeschreven voordat de lading van de condensatoren door lekkage verloren gaat.
Rowhammer: Verschijnsel waarbij het kort na elkaar vaak activeren van dezelfde rij in DRAM de lading van cellen in naburige rijen doet verdwijnen, zodat data kantelen. Kan voor aanvallen worden misbruikt; daarom zijn maatregelen genomen in de DRAM en de geheugencontroller.
Woordlijn (word line): Verbinding die aan de gates van de transistors van geheugencellen hangt en de rij selecteert die wordt gelezen of geschreven.

SRAM en flashgeheugenVragen over dit onderwerp →

3D NAND: NAND-flash waarin geheugencellen in verticale richting in groten getale op elkaar zijn gestapeld voor grotere capaciteit. Ingevoerd om de grens van vlakke schaalverkleining te omzeilen; het aantal lagen bedraagt inmiddels meer dan 200.
6T-SRAM-cel: SRAM-geheugencel die bestaat uit twee kruislings gekoppelde inverters (4 transistoren) en twee toegangstransistoren.
Charge-trap-cel: Flashgeheugencel die elektronen niet in een floating gate opslaat, maar in traps in een isolerende laag zoals siliciumnitride. Wordt vooral gebruikt in 3D NAND.
Floating gate: Elektrode in een flashgeheugencel die rondom door een isolatiefilm is omgeven. Elektronen die hier worden opgeslagen veranderen de drempelspanning van de transistor, waardoor de gegevens ook zonder voeding behouden blijven.
Fowler-Nordheim-tunnelstroom (FN): Stroom die loopt wanneer elektronen onder een sterk veld door tunneling door de driehoekige barrière van een dunne isolatielaag gaan. Wordt gebruikt voor schrijven en wissen van NAND-flash.
Garbage collection: Bij een SSD het proces waarbij uit blokken met ongeldige gegevens alleen de geldige gegevens naar een andere plek worden verplaatst en het blok wordt gewist om vrije ruimte te maken.
NAND-flashgeheugen: Niet-vluchtig geheugen waarin de geheugencellen in serie zijn geschakeld. Het is dicht te integreren en gemakkelijk tot grote capaciteit uit te breiden; het wordt gebruikt in ssd's en geheugenkaarten.
Niet-vluchtig geheugen: Geheugen dat opgeslagen data behoudt ook wanneer de voeding wordt uitgeschakeld, zoals flashgeheugen en MRAM. DRAM en SRAM zijn vluchtig.
NOR-flashgeheugen: Flashgeheugen waarin de cellen parallel zijn geschakeld. Willekeurig lezen is snel, waardoor het wordt gebruikt voor het opslaan van programma's van microcontrollers.
NVMe: Interfacestandaard om SSD's die via PCI Express zijn aangesloten snel aan te sturen. Kan veel commando's parallel verwerken en heeft een lagere latentie dan SATA, dat voor HDD's is ontworpen.
Read disturb: Verschijnsel in NAND-flash waarbij bij herhaald lezen van hetzelfde blok ook op niet-gelezen cellen een zwakke spanning staat, zodat de drempelspanning geleidelijk verandert.
SLC (single-level cell): Methode waarbij één flashgeheugencel 1 bit opslaat. Er zijn maar twee drempelspanningstoestanden, dus het is sneller dan multilevel-methoden en kan vaker worden herschreven.
TLC (triple-level cell): Methode om 3 bits in één flashcel op te slaan. Acht drempelspanningstoestanden moeten worden onderscheiden; de kosten per capaciteit dalen, maar het aantal herschrijfcycli is lager. 4 bits per cel is QLC.
TRIM: Commando waarmee het besturingssysteem de ssd laat weten welke gebieden door verwijderde bestanden vrij zijn. Doordat de ssd weet welke gegevens overbodig zijn, wordt garbage collection efficiënter.
Wear leveling: Techniek die de levensduur van flashgeheugen verlengt door schrijfacties te spreiden, zodat het herschrijven zich niet op bepaalde blokken concentreert.
Write amplification: Verschijnsel dat er door onder meer garbage collection feitelijk meer gegevens naar het flashgeheugen worden geschreven dan de host heeft geschreven. Hoe groter, hoe korter de levensduur van de SSD.

Opkomende geheugentechnologieënVragen over dit onderwerp →

3D XPoint: Niet-vluchtig crosspointgeheugen, gezamenlijk ontwikkeld door Intel en Micron. Combineert gestapelde faseveranderingsmaterialen en OTS-selectors; werd verkocht onder de naam Optane, maar het einde van de activiteit werd in 2022 aangekondigd.
Chalcogeniden: Verbindingen met elementen uit groep 16, zoals zwavel, seleen en telluur. Worden gebruikt als opslagmateriaal voor faseveranderingsgeheugen (zoals GST) en voor selectors (OTS) die bij een bepaalde spanning plotseling gaan geleiden.
Crosspoint-geheugen: Geheugen waarbij op de kruispunten van horizontale en verticale lijnen een geheugenelement ligt. Hoge dichtheid mogelijk, maar om sluipstromen naar niet-geselecteerde cellen te voorkomen wordt een selector (selectie-element) in serie met het geheugenelement geplaatst.
FeFET (ferro-elektrische transistor): Transistor met een ferro-elektrische gate-isolator. De drempelspanning hangt af van de polarisatierichting, zodat één transistor niet-vluchtig kan opslaan en niet-destructief kan worden uitgelezen.
FeRAM (ferro-elektrisch geheugen): Niet-vluchtig geheugen dat informatie opslaat in de polarisatierichting van een ferro-elektrisch materiaal. Schrijft snel en verbruikt weinig stroom; wordt gebruikt in onder meer chipkaarten.
Forming: Initialisatiestap bij ReRAM waarbij na de productie eerst een relatief hoge spanning wordt aangelegd om het geleidende filament te vormen dat het uitgangspunt van de weerstandsverandering is.
In-memory computing: Concept waarbij berekeningen zoals multiply-accumulate binnen de geheugenarray worden uitgevoerd, om dataverplaatsing tussen geheugen en processor te verminderen. Er wordt onderzoek gedaan naar het gebruik van weerstandsveranderende elementen voor AI-inferentie.
Magnetische tunnelovergang (MTJ): Structuur waarin een dunne isolatielaag tussen twee magnetische lagen ligt. Zijn de magnetisaties van beide lagen parallel, dan is de weerstand laag; antiparallel is deze hoog. Het opslagelement van MRAM.
MRAM: Niet-vluchtig geheugen dat informatie opslaat via het weerstandsverschil dat afhangt van de magnetisatierichting van een magnetische tunnelovergang (MTJ).
PCM (phase-change memory): Niet-vluchtig geheugen dat informatie opslaat via het verschil tussen de kristallijne toestand (lage weerstand) en de amorfe toestand (hoge weerstand) van chalcogenidematerialen.
ReRAM (resistief geheugen): Niet-vluchtig geheugen dat informatie opslaat via het weerstandsverschil dat ontstaat doordat een spanning een geleidend pad in bijvoorbeeld een oxide vormt of verbreekt.
SOT-MRAM: MRAM waarin de magnetisatie wordt omgeschakeld door spin-baandrukmoment dat een stroom door een zwaarmetaallaag opwekt. Schrijf- en leesstroompad kunnen worden gescheiden; snel en bestand tegen veel herschrijfcycli.
Storage class memory: Niet-vluchtig geheugen dat het verschil in snelheid, capaciteit en kosten tussen DRAM en NAND-flash wil opvullen. Producten op basis van 3D XPoint waren het bekendste voorbeeld.
STT-MRAM: MRAM die schrijft door met het spin-transfer-torque van een spingepolariseerde stroom de magnetisatie van de opslaglaag van een MTJ om te keren. Wordt in massaproductie gemaakt als ingebouwd niet-vluchtig geheugen.
TMR-verhouding: Bij een MTJ de verhouding tussen het weerstandsverschil bij parallelle en antiparallelle magnetisatie en de weerstand bij parallelle magnetisatie. Hoe groter, hoe gemakkelijker 0 en 1 zijn te onderscheiden. Met een MgO-barrièrelaag zijn grote waarden haalbaar.

CPU en architectuurVragen over dit onderwerp →

Cachecoherentie: Mechanisme dat in een multicore-CPU de consistentie bewaart wanneer de caches van meerdere cores data van hetzelfde adres bevatten. Wordt gerealiseerd door bijvoorbeeld verouderde kopieën in andere cores ongeldig te maken zodra een core schrijft.
Cachegeheugen: Snel geheugen met kleine capaciteit dicht bij de CPU. Het bewaart veelgebruikte gegevens en overbrugt het snelheidsverschil met het hoofdgeheugen. Wordt meestal met SRAM gemaakt.
DMA (direct memory access): Mechanisme dat gegevens rechtstreeks tussen randapparatuur en geheugen overdraagt zonder tussenkomst van de CPU. De CPU kan tijdens grote gegevensoverdrachten andere taken uitvoeren.
DVFS (dynamic voltage and frequency scaling): Techniek die de werkfrequentie en voedingsspanning dynamisch aanpast aan de belasting. Omdat het dynamische vermogen evenredig is met het kwadraat van de spanning, bespaart het verlagen van de spanning bij lichte belasting veel energie.
GPU: Afkorting van Graphics Processing Unit. Processor met veel eenvoudige rekeneenheden die grote hoeveelheden data parallel verwerkt. Naast beeldverwerking veel gebruikt voor training en inferentie van AI.
Instructiesetarchitectuur (ISA): Specificatie van de processor zoals die voor software zichtbaar is, zoals de uitvoerbare instructies en registers. Voorbeelden: x86, Arm, RISC-V.
Interrupt: CPU-mechanisme waarbij de lopende verwerking tijdelijk wordt onderbroken om op verzoek van bijvoorbeeld externe apparatuur voorrang te geven aan de bijbehorende afhandeling. Daarna keert de CPU terug naar de oorspronkelijke verwerking.
IPC: Afkorting van Instructions Per Cycle: het aantal instructies dat per klokcyclus kan worden uitgevoerd. Geeft de efficiëntie van het CPU-ontwerp weer; de prestatie is bij benadering het product van IPC en klokfrequentie. Het omgekeerde is CPI.
Microcontroller (MCU): Kleine computer waarin CPU, geheugen en randfuncties zoals timers en ADC op één chip zijn samengebracht. Wordt ingebouwd in apparaten zoals huishoudelijke apparaten en auto's om de besturing te verzorgen. Ook MCU genoemd.
NPU (neural processing unit): Speciale schakeling om inferentie van neurale netwerken voor AI snel en met laag energieverbruik uit te voeren. Zit in de SoC's van smartphones en pc's.
Out-of-order-uitvoering: Methode om de prestaties te verbeteren door afhankelijkheden tussen instructies te analyseren en instructies die kunnen worden uitgevoerd in een andere volgorde dan die van het programma uit te voeren. De resultaten worden in de reorder buffer in de oorspronkelijke volgorde vastgelegd.
Pipelining: Techniek waarbij de verwerking van instructies wordt opgedeeld in stappen zoals ophalen, decoderen en uitvoeren, zodat meerdere instructies licht verschoven tegelijk worden verwerkt.
SIMD: Afkorting van Single Instruction, Multiple Data. Methode waarbij één instructie dezelfde bewerking op meerdere data tegelijk uitvoert. Versnelt beeldverwerking en AI-berekeningen.
SMT (simultaneous multithreading): Techniek waarbij één CPU-core instructies van meerdere threads tegelijk verwerkt en zo de rekeneenheden in de core beter benut. Intel noemt dit Hyper-Threading.
Sprongvoorspelling (branch prediction): Techniek die de uitkomst van een voorwaardelijke sprong voor de uitvoering voorspelt en vooruit instructies verwerkt zonder de pipeline stil te leggen. Bij een foute voorspelling wordt het werk opnieuw gedaan.
Superscalair: Processorarchitectuur die in één klokcyclus meerdere instructies tegelijk uitgeeft en uitvoert. Meerdere rekeneenheden zijn naast elkaar geplaatst en van elkaar onafhankelijke instructies worden parallel verwerkt.
Systolische array: Opzet waarbij veel multiply-accumulate-eenheden in een raster staan en een matrixproduct wordt berekend terwijl gegevens achtereenvolgens naar de naburige eenheid stromen. Wordt gebruikt in AI-accelerators.
TDP (thermal design power): Maat voor de hoeveelheid warmte die een CPU of dergelijk component afgeeft bij een standaard hoge belasting. Dient als uitgangspunt voor het ontwerp van de koeling.
TLB (translation lookaside buffer): Kleine cache met de resultaten van de vertaling van virtuele naar fysieke adressen. Omdat de paginatabel in het geheugen niet telkens hoeft te worden doorlopen, verloopt adresvertaling sneller.
Virtueel geheugen: Mechanisme waarbij het besturingssysteem en de hardware de adressen die programma's gebruiken (virtuele adressen) koppelen aan echte geheugenadressen (fysieke adressen). Elk programma kan een eigen, ruime geheugenruimte gebruiken.
Von Neumann-architectuur: Computeropbouw waarin programma en gegevens in hetzelfde hoofdgeheugen staan en instructies achtereenvolgens worden uitgelezen en uitgevoerd.
Wet van Amdahl: Wet die zegt dat, als slechts een deel van een programma wordt geparalleliseerd, de totale versnelling wordt begrensd door het deel dat niet kan worden geparalleliseerd. Bij bijvoorbeeld 90% parallellisatie is het programma maximaal 10 keer sneller.

VermogenshalfgeleidersVragen over dit onderwerp →

Aan-weerstand (on-resistance): Weerstand van het stroompad wanneer een vermogenshalfgeleider aan staat. Hoe lager, hoe minder geleidingsverlies.
Bodydiode: Parasitaire diode die door de structuur van een vermogens-MOSFET tussen source en drain ontstaat. Kan in een omvormer als vrijloopdiode dienen, maar het sperherstelgedrag vraagt aandacht.
DC-DC-omvormer: Schakeling die een gelijkspanning omzet in een gelijkspanning van een andere grootte. Met schakelaar, spoel en condensator; er zijn step-down-omvormers (buck) die de spanning verlagen en step-up-omvormers (boost) die de spanning verhogen.
Dode tijd (dead time): Korte tijd waarin beide schakelaars, boven en onder, van een omvormer uit staan bij het omschakelen. Voorkomt dat boven- en onderschakelaar tegelijk aan staan en de voeding kortsluiten.
Gatedriver: Schakeling die het signaal van de besturing ontvangt en de gate van een vermogenscomponent met een geschikte spanning en voldoende stroom aanstuurt. Veel exemplaren hebben ook isolatie en niveauconversie om schakelaars aan de hoogspanningszijde aan te sturen.
IGBT: Insulated-gate bipolaire transistor. Wordt aangestuurd via een MOS-gate en bereikt dankzij geleidingsmodulatie een lage aan-spanning, ook bij hoge doorslagspanning.
Kortsluitvastheid: Tijd gedurende welke een vermogenscomponent een kortsluiting, bijvoorbeeld doordat in een omvormer boven- en onderschakelaar tegelijk aan staan, kan weerstaan zonder te worden vernield. De beveiliging moet de stroom binnen deze tijd onderbreken.
Normally-off: Eigenschap dat er geen stroom loopt wanneer de gatespanning 0 V is. Voor vermogenscomponenten een veiligheidseis, omdat de stroom ook bij een defecte aansturing niet blijft lopen.
Schakelverlies: Verlies in vermogenshalfgeleiders doordat spanning en stroom tegelijk aanwezig zijn tijdens het schakelen tussen aan en uit. Wordt groter naarmate de frequentie hoger is.
SiC (siliciumcarbide): Halfgeleider met brede bandgap van circa 3,3 eV. Door het hoge doorslagveld wordt het gebruikt in vermogenscomponenten met hoge spanningsweerstand en lage verliezen.
Snubberschakeling: Schakeling met onder meer weerstanden en condensatoren die parallel aan een vermogenscomponent wordt geplaatst om spanningspieken (surges) en rinkelen (ringing) bij het schakelen te onderdrukken.
Soft switching: Schakelmethode waarbij wordt in- en uitgeschakeld terwijl de spanning over of de stroom door de schakelaar vrijwel nul is. Voorbeeld is zero-voltage switching (ZVS); vermindert schakelverliezen en ruis.
Staartstroom (tail current): Stroom in een IGBT die bij het uitschakelen door opgeslagen minderheidsladingdragers niet direct nul wordt, maar als een staart nog even blijft doorlopen. Oorzaak van uitschakelverliezen.
Superjunction-MOSFET: Vermogens-MOSFET waarvan de driftlaag afwisselend uit p-type en n-type kolommen bestaat. Doordat de concentratie van de driftlaag bij gelijkblijvende doorslagspanning kan worden verhoogd, wordt een lagere aan-weerstand bereikt dan de theoretische limiet van silicium.
Vermogens-MOSFET (power MOSFET): MOSFET die grote stromen en spanningen aankan. Schakelt snel en wordt veel gebruikt in onder meer voedingsschakelingen.

Beeldsensoren en optische componentenVragen over dit onderwerp →

Backside-illuminated (BSI): Beeldsensor met een structuur waarin het licht vanaf de achterkant van het substraat, zonder bedradingslagen, binnenkomt. Het licht wordt niet door de bedrading geblokkeerd, dus de gevoeligheid is hoog, ook bij kleine pixels.
Bayerpatroon: Opstelling waarbij in een blok van 2×2 pixels kleurfilters voor rood, groen, groen en blauw zijn geplaatst. Groen komt tweemaal voor omdat het menselijk oog daarvoor het gevoeligst is. De ontbrekende kleuren van elke pixel worden uit de omgeving aangevuld (demosaicing).
CCD-beeldsensor: Beeldsensor die de lading van de pixels als in een emmerketting achtereenvolgens doorgeeft en bij de uitgang in spanning omzet. Had weinig ruis en een hoge beeldkwaliteit, maar verbruikt veel stroom en is voor veel toepassingen vervangen door CMOS.
CMOS-beeldsensor: Beeldsensor met een versterkerschakeling per pixel, vervaardigd in een CMOS-proces. Verbruikt weinig stroom en laat integratie van randschakelingen toe; de standaard in onder meer smartphonecamera's.
Correlated double sampling (CDS): Bewerking waarbij het verschil wordt genomen tussen de spanning bij het resetten van de pixel en de spanning bij het uitlezen van het signaal. Verwijdert resetruis en de offset per pixel.
Donkerstroom: Stroom die in een fotodiode loopt zonder dat er licht op valt. Veroorzaakt door onder meer thermische generatie van ladingdragers; neemt toe bij hogere temperatuur en geeft ruis in donkere beelden.
Fixed-patternruis: Ruis die telkens op dezelfde plaats op dezelfde manier verschijnt door spreiding in de eigenschappen van pixels en uitleesschakelingen. Wordt verwijderd met correlated double sampling en correcties.
Fotodiode: Diode die bij lichtinval lading (stroom) opwekt. Wordt gebruikt als lichtgevoelig element in de pixels van beeldsensoren.
Full-well capacity (verzadigingselektronen): Maximaal aantal elektronen dat in één pixel van een beeldsensor kan worden opgeslagen. Hoe groter, hoe verder heldere delen zonder overbelichting worden vastgelegd en hoe groter het dynamisch bereik.
Gestapelde CMOS-beeldsensor (stacked): Beeldsensor waarbij het pixelgedeelte en de signaalverwerkingsschakeling op afzonderlijke chips worden gemaakt en op elkaar worden gebonden. Elk kan een eigen geschikt proces gebruiken, zodat de chip kleiner en de verwerking sneller wordt.
Global shutter: Elektronische sluitermethode waarbij alle pixels tegelijk worden belicht. Anders dan bij een rolling shutter, die rij na rij uitleest, wordt het beeld van bewegende objecten niet vervormd.
Hagelruis (shot noise): Ruis door statistische fluctuaties in het aantal fotonen of elektronen. Bij N signaalelektronen is de grootte evenredig met √N, dus bij weinig licht wordt de ruis relatief groter ten opzichte van het signaal.
Kwantumefficiëntie: Fractie van de invallende fotonen die in een elektron als signaal wordt omgezet. Hoe hoger, hoe gevoeliger.
Microlens: Kleine lens die boven elke pixel van een beeldsensor zit. Bundelt het licht en leidt het efficiënt naar de fotodiode, waardoor de gevoeligheid toeneemt.
Pinned photodiode: Fotodiode met een sterk gedoteerde p+-laag aan het oppervlak, zodat het lichtgevoelige gebied van het oppervlak af ligt. Onderdrukt donkerstroom door grensvlaktoestanden en maakt volledige ladingsoverdracht mogelijk. De standaard in huidige CMOS-beeldsensoren.
Rolling shutter: Methode waarbij rij na rij pixels achtereenvolgens worden belicht en uitgelezen. De schakeling is eenvoudig, maar snel bewegende onderwerpen worden vervormd afgebeeld. De methode waarbij alle pixels tegelijk worden belicht is de global shutter.
SPAD (single-photon avalanche diode): Fotodetector die met een sperspanning boven de doorslagspanning werkt en door lawinevermenigvuldiging al bij één foton een grote puls geeft. Wordt gebruikt voor afstandsmeting, zoals bij LiDAR.
ToF (time of flight): Methode om de afstand te bepalen uit de tijd die uitgezonden licht nodig heeft om na reflectie op een object terug te keren. ToF-sensoren worden gebruikt voor gezichtsherkenning, robots, LiDAR in auto's enzovoort.

VerbindingshalfgeleidersVragen over dit onderwerp →

Directe bandovergang (direct bandgap): Bandstructuur waarin de onderkant van de geleidingsband en de bovenkant van de valentieband bij dezelfde golfvector liggen. Recombinatie van elektronen en gaten zendt efficiënt licht uit. Voorbeeld: GaAs.
Efficiency droop: Verschijnsel in InGaN-LED's waarbij de lichtopbrengst juist daalt als de stroom groter wordt. Als oorzaken worden onder meer Auger-recombinatie genoemd.
Ga2O3 (galliumoxide): Oxidehalfgeleider met een bandgap van ongeveer 4,5 tot 4,9 eV, nog groter dan die van SiC en GaN. Het kristal kan uit een smelt worden gekweekt en wordt onderzocht als materiaal voor de volgende generatie vermogenshalfgeleiders.
GaAs (galliumarsenide): III-V-verbindingshalfgeleider van gallium en arseen. Directe bandovergang met een bandgap van circa 1,42 eV. Hoge elektronenmobiliteit; gebruikt voor hoogfrequente transistors en voor infrarood-LED's en lasers.
GaN (galliumnitride): III-V-verbindingshalfgeleider met een bandgap van ongeveer 3,4 eV. Wordt gebruikt voor blauwe leds en voor hoogfrequente en vermogensapparaten.
Halfgeleider met brede bandgap (wide-bandgap): Halfgeleider met een grotere bandgap dan silicium, zoals SiC en GaN. Heeft een hoog doorslagveld en is geschikt voor werking bij hoge spanning en hoge temperatuur.
HEMT (high electron mobility transistor): Transistor die als kanaal een tweedimensionaal elektronengas met hoge mobiliteit gebruikt dat ontstaat aan het grensvlak van een heterojunctie. Wordt gebruikt voor hoge frequenties en hoog vermogen.
III-V-verbindingshalfgeleider: Halfgeleider opgebouwd uit elementen van groep III (Ga, In, Al enzovoort) en groep V (As, P, N enzovoort). Voorbeelden zijn GaAs, InP en GaN.
InP (indiumfosfide): Verbindingshalfgeleider van indium en fosfor. Dient als substraat waarop onder meer InGaAs rooster-aangepast wordt gegroeid en wordt gebruikt voor lasers en fotodetectoren voor glasvezelcommunicatie en voor snelle transistors.
Legeringshalfgeleider (mengkristal): Halfgeleider uit een kristal met meerdere gemengde elementen, zoals AlGaAs en InGaN. Door de samenstelling te veranderen zijn de bandgap en de roosterconstante continu af te stellen.
MMIC: Afkorting van Monolithic Microwave Integrated Circuit. Hoogfrequente IC waarin naast transistors ook passieve componenten zoals spoelen en condensatoren op een substraat zoals GaAs zijn geïntegreerd.
Quantum well: Structuur waarbij een dunne laag van enkele nm met een kleine bandgap tussen lagen met een grote bandgap ligt. Sluit ladingdragers op en bevordert recombinatie, dus wordt gebruikt als lichtemitterende laag in leds en lasers.
Tweedimensionaal elektronengas (2DEG): Dichte elektronenlaag die opgesloten in een dunne laag ontstaat aan het grensvlak van een heterojunctie zoals AlGaN/GaN. Door weinig verstrooiing aan onzuiverheden is de mobiliteit hoog; gebruikt als kanaal van HEMT's.
VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser): Halfgeleiderlaser die licht loodrecht op het substraat uitzendt. Kan op de wafer worden getest en gemakkelijk tweedimensionaal worden gerangschikt; wordt gebruikt als lichtbron voor onder meer datacommunicatie en gezichtsherkenning.
Wet van Vegard: Empirische regel dat de roosterconstante van een mengkristal vrijwel lineair verandert met de samenstelling. Wordt gebruikt om de samenstelling te bepalen die roosterovereenkomt met het beoogde substraat.
Wurtzietstructuur: Hexagonale kristalstructuur van onder meer GaN en ZnO. Afhankelijk van de kristalrichting ontstaat polarisatie, en het tweedimensionale elektronengas van een GaN-HEMT wordt door deze polarisatie gevormd.

Geavanceerde transistoren (FinFET, GAA)Vragen over dit onderwerp →

CFET (complementaire FET): Structuur waarin nMOS- en pMOS-transistoren verticaal op elkaar worden gestapeld. Wordt ontwikkeld omdat het de oppervlakte van CMOS-schakelingen sterk kan verkleinen.
DTCO (design-technology co-optimization): Aanpak waarbij ontwerp van circuits en procestechnologie gelijktijdig worden beschouwd om celoppervlak en prestaties te optimaliseren, nu schaalverkleining moeilijker wordt.
EOT (equivalente oxidedikte): Waarde die een gate-isolator zoals een high-k-laag omrekent naar de dikte van een SiO2-laag met dezelfde gatecapaciteit. Ook bij fysiek dikke lagen kan de EOT dun zijn, zodat de gatecapaciteit behouden blijft terwijl de tunnelstroom wordt onderdrukt.
FD-SOI (fully depleted SOI): Techniek waarbij transistors in een zeer dunne siliciumlaag op het begraven oxide worden gemaakt en het kanaal volledig is uitgeput. De dotering van het kanaal kan laag zijn en de drempelspanning is gemakkelijk af te stellen met substraatbias.
FinFET: Driedimensionale transistor waarin de gate het als vin rechtopstaande kanaal vanaf drie zijden omsluit. Onderdrukt kortekanaaleffecten gemakkelijker.
GAA (gate-all-around): Transistorstructuur waarin de gate het kanaal van alle kanten omsluit. Betere stroombeheersing dan FinFET en wordt gebruikt in de generatie na FinFET.
Gate-last (replacement metal gate): Productiemethode waarbij eerst transistors met een dummygate worden gevormd en de dummy na hogetemperatuurstappen zoals de activering van source en drain wordt verwijderd en vervangen door een high-k-laag en een metalen gate.
High-k/metal gate: Combinatie van een gate-isolator met hoge diëlektrische constante en een metalen gate-elektrode. Behoudt de gate-capaciteit en beperkt tegelijk de gate-lekstroom.
Nanosheet: GAA-transistorstructuur waarin meerdere dunne, plaatvormige siliciumkanalen verticaal op elkaar zijn gestapeld en elk door de gate worden omsloten. De stroom is af te stellen via de breedte van de sheets.
Random dopant fluctuation (RDF): Verschijnsel waarbij in kleine transistors de drempelspanning varieert door statistische spreiding in het aantal en de positie van onzuiverheidsatomen in het kanaal. Wordt onderdrukt in FinFET's en FD-SOI, waar het kanaal laag gedoteerd kan blijven.
SADP (self-aligned double patterning): Techniek waarbij op de zijwanden van een kernpatroon een film (spacer) wordt gevormd, de kern wordt verwijderd en de spacers als masker worden gebruikt, zodat een pitch van de helft van de lithografielimiet ontstaat. Tweemaal herhalen heet SAQP.

MEMS en sensorenVragen over dit onderwerp →

Anodische verbinding (anodic bonding): Methode waarbij silicium en natriumhoudend glas op elkaar worden gelegd en onder verhitting en spanning aan elkaar worden verbonden. Wordt onder meer gebruikt voor het afdichten van MEMS.
Boschproces (Deep RIE): Droogetstechniek waarbij etsen en het afzetten van een zijwandbeschermingsfilm in korte cycli worden afgewisseld om diepe, verticale gaten en sleuven in silicium te etsen. Wordt gebruikt voor het bewerken van MEMS en TSV.
Capacitieve detectie: Methode om verplaatsing, druk enzovoort te detecteren uit de verandering van de capaciteit tussen een beweegbare en een vaste elektrode. Veel gebruikt in MEMS-sensoren.
Corioliskracht: Schijnbare kracht die loodrecht op de bewegingsrichting werkt op een object dat zich in een roterend coördinatenstelsel beweegt. Trillende MEMS-gyroscopen detecteren de hoeksnelheid uit de verplaatsing door deze kracht.
Gyroscoop: Sensor die de rotatiesnelheid (hoeksnelheid) detecteert. MEMS-gyroscopen gebruiken de corioliskracht die op een trillende structuur werkt.
Hall-element: Sensor die een magnetisch veld detecteert met het Hall-effect. Wanneer een magnetisch veld wordt aangelegd op een halfgeleider waar stroom doorheen loopt, ontstaat een spanning loodrecht op stroom en veld. Wordt gebruikt voor onder meer het detecteren van de rotatie van motoren.
MEMS: Micro-elektromechanische systemen. Componenten waarin met microfabricagetechnieken voor halfgeleiders kleine mechanische structuren en elektronische schakelingen zijn gecombineerd.
Opofferingslaag-etsen (sacrificial layer etching): Veelgebruikte MEMS-bewerkingsmethode waarbij een tijdelijk onder de structuur geplaatste laag (opofferingslaag) wordt weggeëtst, zodat beweegbare balken en membranen vrij komen te hangen.
Piëzoresistief effect: Effect waarbij de elektrische soortelijke weerstand van een materiaal verandert onder mechanische spanning. Is bij silicium bijzonder groot en wordt gebruikt voor onder meer halfgeleiderdruksensoren.
Stiction: Verschijnsel waarbij kleine beweegbare delen van MEMS door oppervlaktespanning of adhesiekrachten aan het substraat blijven plakken en niet meer bewegen. Treedt gemakkelijk op bij drogen na het verwijderen van de opofferingslaag.
Versnellingssensor: Sensor die versnelling detecteert uit de beweging van een kleine, aan veren opgehangen massa. Wordt gebruikt voor oriëntatiedetectie in smartphones, airbags enzovoort.

Halfgeleiders voor auto's en functionele veiligheidVragen over dit onderwerp →

AEC-Q100: Kwalificatiestandaard voor betrouwbaarheidstests van geïntegreerde schakelingen voor auto's, opgesteld door de Automotive Electronics Council (AEC). Kent bedrijfstemperatuurklassen: Grade 1 is −40 tot 125 °C en Grade 0 is −40 tot 150 °C. Discrete halfgeleiders vallen onder AEC-Q101 en passieve componenten onder AEC-Q200.
ASIL (Automotive Safety Integrity Level): In ISO 26262 het niveau van veiligheidseisen dat aan elke gevaarlijke gebeurtenis wordt toegekend op basis van drie factoren: ernst S, blootstelling E en beheersbaarheid C. Er zijn vier niveaus, A tot D, waarbij D het strengst is; items met laag risico die geen ASIL nodig hebben, worden als QM ingedeeld.
CAN-bus: Afkorting van Controller Area Network, een voertuignetwerk dat ECU's verbindt met differentiële signalen over twee draden. Lagere ID-waarden hebben een hogere prioriteit, en als knooppunten tegelijk beginnen te zenden, laat niet-destructieve arbitrage één frame intact. Klassieke CAN werkt tot 1 Mbit/s, terwijl CAN FD de datafase versnelt tot enkele Mbit/s.
Diagnostische dekking: Fractie van de fouten die een veiligheidsmechanisme kan detecteren of beheersen, afgekort DC. Een veiligheidsmechanisme met 99% diagnostische dekking toevoegen aan een schakeling van 200 FIT laat 2 FIT aan onontdekte fouten over.
ECU (elektronische regeleenheid): Regeleenheid in het voertuig, opgebouwd rond een microcontroller, die de motor, remmen, portieren enzovoort aanstuurt. Met elke nieuwe functie kwamen er ECU's bij, soms meer dan 100 per auto, en nu worden ze samengevoegd via zonale architecturen en vergelijkbare benaderingen.
FTTI (fault tolerant time interval): Kortste tijd vanaf het optreden van een fout tot een gevaarlijke gebeurtenis als geen veiligheidsmechanisme ingrijpt. Een veiligheidsmechanisme moet de detectie van de fout en de overgang naar een veilige toestand binnen het FTTI voltooien.
HARA (gevarenanalyse en risicobeoordeling): Analyse uit ISO 26262 die gevaarlijke gebeurtenissen op voertuigniveau identificeert en ernst, blootstelling en beheersbaarheid beoordeelt om ASIL's en veiligheidsdoelen vast te stellen. Wordt helemaal aan het begin van de ontwikkeling uitgevoerd.
HAST (highly accelerated stress test): Test die in stoom onder druk bij hoge vochtigheid en temperaturen boven 100 °C een biasspanning aanlegt om de vochtbestendigheid snel te beoordelen. Zo geldt bijvoorbeeld 96 uur bij 130 °C/85% RV als gelijkwaardig aan 1000 uur temperatuur-vochtigheid-biastest (THB) bij 85 °C/85% RV.
ISO 26262: Internationale norm voor functionele veiligheid van auto's, gericht op het terugbrengen van risico's door storingen in elektrische en elektronische systemen tot een aanvaardbaar niveau. Past IEC 61508 aan voor wegvoertuigen en bestrijkt de hele levenscyclus, van concept via ontwikkeling en productie tot buitengebruikstelling.
Lockstep-CPU: Schema waarin twee identieke CPU-kernen hetzelfde programma uitvoeren en een comparator hun uitgangen controleert om fouten te detecteren. Om te voorkomen dat fouten met een gemeenschappelijke oorzaak beide kernen op dezelfde manier verstoren, wordt de uitvoering enkele klokken verschoven of worden de kernen uit elkaar geplaatst. De prestaties zijn die van één kern.
SOTIF (safety of the intended functionality): Concept dat gevaren behandelt die ontstaan zonder defect aan een component, door prestatiegrenzen van sensoren, onvoldoende specificaties of redelijkerwijs voorzienbaar misbruik. Gestandaardiseerd als ISO 21448 en essentieel bij de ontwikkeling van geautomatiseerd rijden en rijhulpsystemen.
SPFM (single-point fault metric): Hardwaremetriek uit ISO 26262 die uitdrukt hoe klein het aandeel van single-point faults (die op zichzelf een veiligheidsdoel schenden) en residuele fouten is onder de veiligheidsgerelateerde fouten. Gangbare doelen zijn minstens 90% voor ASIL B, 97% voor ASIL C en 99% voor ASIL D.
Veiligheidsdoel: Veiligheidseis op het hoogste niveau, vastgesteld voor elke gevaarlijke gebeurtenis die in de HARA is gevonden. Wordt bijvoorbeeld geformuleerd als ‘onbedoelde plotselinge acceleratie voorkomen’ en erft de ASIL van die gebeurtenis.
Veiligheidsmechanisme: Middel om fouten te detecteren en naar een veilige toestand over te gaan, of de gevolgen ervan in te perken, voordat ze tot een gevaarlijke gebeurtenis leiden. Voorbeelden zijn ECC, lockstep-CPU's, watchdog-timers, spannings- en klokbewaking en BIST.
Zero defects: Benadering die nul defecten nastreeft door ontwerpmarge, procesbeheersing en tests die uitschieterchips verwijderen te combineren, zodat defecten niet worden ingebouwd of uitgeleverd. Omdat een auto duizenden halfgeleiders bevat, worden defectpercentages in de auto-industrie in ppm (parts per million) beheerd, met nul als doel.
Zonale architectuur: Indeling van de voertuigelektronica waarbij zone-ECU's in elk deel van de auto nabijgelegen sensoren en actuatoren aansluiten, terwijl de besturingsverwerking in een centrale krachtige computer wordt samengebracht. Maakt een kortere en lichtere kabelboom mogelijk dan de traditionele aanpak met één ECU per functie.

SiliciumfotonicaVragen over dit onderwerp →

Brekingsindex: Lichtsnelheid in vacuüm gedeeld door de lichtsnelheid in een materiaal. Bij een golflengte van 1,55 µm is die voor silicium ongeveer 3,48 en voor oxide (SiO2) ongeveer 1,45; hoe groter dit contrast, hoe sterker licht in een kleine golfgeleider kan worden opgesloten.
C-band: Band voor glasvezelcommunicatie rond 1530 tot 1565 nm. Daar is het verlies van kwartsglasvezel het laagst (ongeveer 0,2 dB/km) en kunnen erbium-gedoteerde vezelversterkers (EDFA's) het licht versterken, zodat de band wordt gebruikt voor langeafstandsverbindingen en dense wavelength division multiplexing (DWDM).
Chromatische dispersie: Verbreding van lichtpulsen in een optische vezel doordat licht van verschillende golflengten met iets verschillende snelheden reist. In standaard singlemodevezel is ze bijna nul rond 1,31 µm en ongeveer 17 ps/(nm·km) bij 1,55 µm.
CPO (co-packaged optics): Technologie die de optische zend- en ontvangcomponenten (optische engines) in dezelfde behuizing plaatst als een switch-IC of iets dergelijks. Kortere elektrische verbindingen verlagen de energie per bit, maar de optiek kan niet worden vervangen door uit- en inpluggen, zodat testen vóór assemblage en het gebruik van externe laserbronnen belangrijk worden.
Extinctieverhouding: Bij intensiteitsmodulatie de verhouding tussen het optische vermogen P1 voor een ‘1’ en het vermogen P0 voor een ‘0’, uitgedrukt in dB als 10 log(P1/P0). Hoe groter ze is, hoe groter het verschil tussen 1 en 0 en hoe minder beslissingsfouten in de ontvanger.
Golfgeleider: Structuur die licht opsluit en geleidt door een kern met hoge brekingsindex te omringen met een mantel met lagere index. Siliciumfotonica gebruikt vaak silicium met een doorsnede van ongeveer 0,5 µm × 0,22 µm, omgeven door oxide, wat buigradii van slechts enkele µm mogelijk maakt.
Mach-Zehnder-modulator: Modulator die binnenkomend licht over twee armen verdeelt, met een elektrisch signaal de brekingsindex van de armen verandert om een faseverschil te maken, en ze weer samenvoegt zodat de faseverandering een intensiteitsverandering wordt. Een faseverschil van 0 geeft maximale helderheid en π minimale. Siliciumversies gebruiken het plasmadispersie-effect en zijn enkele mm lang.
O-band: Band voor glasvezelcommunicatie rond 1260 tot 1360 nm. Omvat het gebied rond 1,31 µm waar de chromatische dispersie in standaard singlemodevezel bijna nul is, en wordt veel gebruikt voor korte verbindingen, zoals binnen datacenters.
Plasmadispersie-effect: Verandering van de brekingsindex en de optische absorptie van een halfgeleider wanneer de concentratie vrije elektronen of gaten verandert. Omdat silicium vrijwel geen Pockels-effect heeft, wordt dit effect gebruikt om de fase te verschuiven in siliciummodulatoren. Een hogere ladingsdragersconcentratie verlaagt de brekingsindex.
Propagatieverlies: Fractie van het optische vermogen die verloren gaat door verstrooiing en absorptie terwijl licht door een golfgeleider of vezel loopt, uitgedrukt in dB/cm of dB/km. In siliciumgolfgeleiders is verstrooiing door ruwe zijwanden de hoofdoorzaak, met typische waarden rond 1 tot 3 dB/cm, veel hoger dan de ongeveer 0,2 dB/km van vezel.
Randkoppelaar (edge coupler): Component die licht koppelt door een optische vezel stomp tegen het eindvlak van de chip te plaatsen. Een inverse taper die de punt van de golfgeleider versmalt, vergroot de optische mode zodat die bij de vezel past. Biedt laag verlies over een breed golflengtebereik, maar vereist bewerking van het eindvlak en is moeilijk op waferniveau te testen.
Ringresonator: Ringvormige golfgeleider die alleen resoneert bij golflengten waarvoor de optische lengte van één omloop een geheel aantal golflengten is. Wordt gebruikt als golflengtefilter of compacte modulator. In silicium verschuift de resonantie ongeveer 0,08 nm per °C, daarom wordt de temperatuur vaak met verwarmingselementen geregeld.
Roosterkoppelaar (grating coupler): Component waarin een periodiek rooster in een golfgeleider is geëtst, zodat diffractie het licht omleidt om te koppelen met een optische vezel boven de chip. Het voordeel is dat optisch testen al op de wafer vóór het dicen mogelijk is, maar de koppelbandbreedte is smal en de koppeling is polarisatieafhankelijk.
Siliciumfotonica: Technologie voor het integreren van optische schakelingen zoals golfgeleiders, modulatoren en fotodetectoren op silicium. Gebruikt de materialen en processen van CMOS-fabs, wat massaproductie op wafers van 200 mm of 300 mm mogelijk maakt. Omdat silicium slecht licht uitzendt, worden lasers toegevoegd met behulp van verbindingshalfgeleiders.
Singlemodevezel: Optische vezel die slechts één propagatiemode geleidt, met een kerndiameter van ongeveer 9 µm. Omdat er geen pulsverbreding optreedt doordat modi met verschillende snelheden reizen (modale dispersie), wordt ze gebruikt voor verbindingen over lange afstand en met hoge snelheid.
WDM (golflengtemultiplexing): Methode om afzonderlijke signalen op verschillende golflengten van licht samen over één vezel te verzenden. CWDM gebruikt een brede afstand van 20 nm, terwijl DWDM veel golflengten dicht op elkaar plaatst, met afstanden van bijvoorbeeld 100 GHz (ongeveer 0,8 nm).

Front-end

SiliciumwafersVragen over dit onderwerp →

Czochralski-methode (CZ-methode): Methode om een eenkristal te maken door een entkristal in gesmolten silicium in een smeltkroes te dopen en dit al draaiend omhoog te trekken.
DZ (denuded zone): Laag aan het waferoppervlak met weinig defecten zoals zuurstofprecipitaten, ontstaan doordat zuurstof bij een warmtebehandeling uit het oppervlak naar buiten diffundeert. De componenten worden in deze laag gemaakt en de precipitaten in het binnenste worden voor gettering gebruikt.
Floating-zonemethode (FZ-methode): Methode om een eenkristal te maken door een deel van een staaf polysilicium te verhitten en te smelten en de gesmolten zone te verplaatsen. Er is geen smeltkroes, dus weinig zuurstof; geschikt voor wafers met hoge weerstand.
Gettering: Techniek die metaalonzuiverheden in de wafer verzamelt en vastzet op een plek ver van het oppervlak waar de componenten worden gemaakt. Maakt gebruik van onder meer zuurstofprecipitaten.
Ingot: Cilindrische eenkristalblok, bijvoorbeeld gegroeid met de CZ-methode, voordat er wafers uit worden gesneden. De uiteinden worden afgesneden en de buitenkant wordt geslepen tot een gelijkmatige diameter, waarna het in dunne plakken wordt gezaagd.
Kristaloriëntatie: Geeft de richting van kristalvlakken en -richtingen aan. Wordt met Millerindices uitgedrukt, zoals (100); voor siliciumwafers voor MOSFET's is het (100)-vlak gebruikelijk.
MCZ-methode (magnetic Czochralski): Variant van de CZ-methode waarbij een magnetisch veld op de smeltkroes wordt aangelegd om de convectie van de smelt te onderdrukken. De zuurstofconcentratie in het kristal is er gemakkelijker mee te regelen; wordt gebruikt bij kristallen met grote diameter.
Monitorwafer: Wafer die los van productwafers door het proces wordt gestuurd om de toestand van de apparatuur te controleren en om filmdikte, deeltjes en dergelijke te meten. Ook testwafer genoemd. Na gebruik wordt de film verwijderd en wordt de wafer opnieuw gepolijst, waarna hij vaak als gerecyclede wafer wordt hergebruikt.
Necking: Stap aan het begin van het trekken bij de CZ-methode waarbij direct na het entkristal een dunne hals wordt gegroeid. Dislocaties door de thermische schok bij het in de smelt dopen van het entkristal worden naar buiten afgevoerd, zodat een dislocatievrij kristal ontstaat.
Segregatiecoëfficiënt: Verhouding tussen de onzuiverheidsconcentratie in het kristal en in de smelt wanneer het kristal uit de smelt stolt. Bij de meeste onzuiverheden is deze kleiner dan 1, zodat ze in de smelt ophopen en de concentratie in het tweede deel van een CZ-kristal hoger is.
Siemens-proces: Productiemethode waarbij trichloorsilaan met waterstof wordt gereduceerd en zeer zuiver polykristallijn silicium op een verhitte siliciumstaaf neerslaat. De belangrijkste methode om grondstofsilicium voor halfgeleiders te maken.
Slip: Defect waarbij kristalvlakken verschuiven en dislocaties ontstaan door temperatuurverschillen in het vlak of spanning door het eigen gewicht tijdens warmtebehandeling van wafers met grote diameter bij hoge temperatuur. Veroorzaakt onder meer overlayfouten bij lithografie.
SOI-wafer: Wafer met een dunne siliciumlaag op een siliciumsubstraat, gescheiden door een begraven oxidelaag (BOX-laag). Wordt gemaakt met onder meer een methode waarbij een met waterstofionen geïmplanteerde wafer wordt gebonden en afgesplitst. Heeft een kleine parasitaire capaciteit en wordt gebruikt voor FD-SOI en MEMS.
Thermische donoren: Zuurstofatomen in CZ-silicium die zich bij warmtebehandeling rond 450 °C verzamelen en als donor werken. Ze veranderen de soortelijke weerstand van de wafer en worden daarom met een hogetemperatuurbehandeling gewist.
Wafernotch: Kleine inkeping aan de rand van de wafer die de kristaloriëntatie aangeeft. Wordt gebruikt bij wafers van 200 mm en groter; daarvoor werd een oriëntatievlak (recht stuk) gebruikt.
Zuurstofprecipitaten (BMD): Minuscule defecten die ontstaan wanneer zuurstof in CZ-silicium door warmtebehandeling in de wafer neerslaat. Ook BMD (bulk micro defects) genoemd; worden gebruikt als gettering-plaatsen die metaalverontreinigingen vangen.

Epitaxiale groeiVragen over dit onderwerp →

4H-SiC: Een van de polytypen van SiC, dat vooral voor vermogenscomponenten wordt gebruikt. Heeft een grote bandgap van ongeveer 3,3 eV en een relatief hoge elektronenmobiliteit.
Autodoping: Verschijnsel waarbij tijdens epitaxiale groei doteringsatomen uit onder meer het substraat via de gasfase in de groeiende laag terechtkomen. Een probleem bij het laten groeien van een laag met lage concentratie op een sterk gedoteerd substraat.
Epitaxiale groei: Techniek om op een monokristallijn substraat een monokristallijne dunne laag te laten groeien, met dezelfde kristaloriëntatie als het substraat.
Gespannen silicium (strained silicon): Silicium waarin spanning in het kristal de bandstructuur verandert en de mobiliteit van ladingdragers verhoogt. Trekspanning is effectief voor nMOS en drukspanning voor pMOS; ze wordt aangebracht met onder meer SiGe in source en drain of nitridefilms.
Heteroepitaxie: Het laten groeien van een monokristallijne laag van een ander materiaal dan het substraat, zoals SiGe op silicium of GaN op saffier. Bij hetzelfde materiaal spreekt men van homo-epitaxie.
HVPE (hydride-dampfase-epitaxie): Dampfasegroeimethode met galliumchloride, ontstaan uit de reactie van waterstofchloride met gallium, en ammoniak. De groeisnelheid is zeer hoog; wordt gebruikt om dikke kristallen te laten groeien voor zelfdragende GaN-substraten.
Kritische laagdikte: Maximale laagdikte waarbij een laag met een afwijkende roosterconstante bij heteroepitaxiale groei gespannen kan blijven groeien zonder dislocaties te vormen. Daarboven ontstaan misfit-dislocaties.
Laterale epitaxiale overgroei (ELO): Groeimethode waarbij kristal uit een opening in een masker groeit en zich zijwaarts over het masker uitbreidt. Dislocaties uit de onderlaag planten zich moeilijk voort in het deel boven het masker, zodat het aantal dislocaties in onder meer GaN afneemt.
MBE (molecular beam epitaxy): Methode waarbij in ultrahoogvacuüm grondstoffen als moleculaire bundels aan het substraat worden toegevoerd voor epitaxiale groei. Laagdikte en samenstelling zijn op atomair niveau nauwkeurig te regelen; wordt gebruikt voor onderzoek aan verbindingshalfgeleiders en het maken van kwantumstructuren.
Misfit-dislocatie: Dislocatie die aan het grensvlak van kristallen met verschillende roosterconstanten ontstaat om de spanning te ontspannen. Treedt op wanneer de gegroeide laag de kritische dikte overschrijdt.
MOCVD (metaalorganische dampafzetting): Methode om kristallen te laten groeien met metaalorganische verbindingen en brongassen zoals ammoniak. Wordt veel gebruikt voor de groei van verbindingshalfgeleiders zoals GaN en GaAs.
Roostermismatch: Situatie waarin de atoomafstand (roosterconstante) van de te laten groeien laag en die van het substraat verschillen. Bij een groot verschil ontstaan defecten zoals spanning en dislocaties.
Selectieve epitaxiale groei: Methode om kristal alleen te laten groeien op de plekken waar het silicium bloot ligt en niet door een isolatiefilm is bedekt. Wordt gebruikt voor onder meer SiGe in de source en drain van transistors.
SiGe (silicium-germanium): Legering van silicium en germanium. De roosterconstante is groter dan die van silicium; wordt gebruikt om via epitaxiale groei spanning in het kanaal aan te brengen en als basis van HBT's en als opofferingslaag in GAA.
Stapelfout (stacking fault): Vlakvormig defect waarbij de stapelvolgorde van atoomvlakken in het kristal is verstoord. Problematisch in onder meer epitaxiale lagen, thermische oxidatie (OSF) en SiC-kristallen.
Step-flow-groei: Groeimodus waarbij het kristal zijwaarts uitbreidt vanaf atoomtreden op het oppervlak van een licht van de kristalas gekanteld substraat. Bij SiC gebruikt om dezelfde kristalpolytype als het substraat over te nemen.
Superrooster (superlattice): Periodieke structuur waarin lagen van verschillende materialen met een dikte van enkele nm afwisselend op elkaar zijn gestapeld. Er treden elektronische eigenschappen op die het oorspronkelijke kristal niet heeft; wordt gebruikt in onder meer lasers en bufferlagen.
Threading-dislocatie: Dislocatie die door de gegroeide laag heen tot aan het oppervlak doorloopt. Bij GaN op saffier of silicium is de dichtheid hoog (ongeveer 10⁸ tot 10⁹ cm⁻²) en verslechtert ze de eigenschappen en betrouwbaarheid van componenten.

Oxidatie en diffusieVragen over dit onderwerp →

Deal-Grove-model: Model dat de thermische oxidatie van silicium beschrijft als een proces waarbij het oxidatiemiddel door de oxidelaag diffundeert en aan het Si/SiO2-grensvlak met silicium reageert. Bij dunne lagen is de laagdikte evenredig met de tijd, bij dikke lagen met de wortel van de tijd.
Drive-in: Stap bij thermische diffusie waarbij na het inbrengen van een vaste hoeveelheid onzuiverheden aan het oppervlak (predepositie) bij hoge temperatuur wordt verhit om de onzuiverheden dieper te drijven. Ook indrijfdiffusie genoemd.
Droge oxidatie: Thermische oxidatie met droge zuurstof. De groei is langzaam, maar het oxide is dicht en van goede kwaliteit; wordt onder meer gebruikt voor gate-oxide.
Forming-gasanneal: Warmtebehandeling in een mengsel van waterstof en stikstof (forming gas). De waterstof passiveert de dangling bonds aan het Si/SiO2-grensvlak en vermindert de grensvlaktoestanden.
Grensvlaktoestanden (interface traps): Energieniveaus in de bandkloof aan het grensvlak tussen halfgeleider en isolator, ontstaan door onder meer atomen met verbroken bindingen. Ze vangen en laten ladingdragers los en veroorzaken drift van de drempelspanning, lagere mobiliteit en ruis.
LOCOS: Methode om componenten van elkaar te isoleren door alleen de niet met een nitridelaag bedekte delen dik te oxideren. Aan de randen ontstaat een vogelsnavelvormige inkruiping (bird's beak); is tegenwoordig vervangen door STI.
Mobiele ionen: Ionen zoals natrium en kalium die zich in het gateoxide kunnen verplaatsen. Ze bewegen onder invloed van elektrisch veld en temperatuur en laten de drempelspanning verschuiven. Ze komen bijvoorbeeld via menselijk zweet binnen en worden daarom streng beheerst.
Natte oxidatie: Thermische oxidatie in een atmosfeer met waterdamp. Groeit sneller dan droge oxidatie en wordt gebruikt voor dikke oxidelagen.
Oxidatiegestimuleerde diffusie (OED): Verschijnsel waarbij boor en fosfor tijdens het oxideren van silicium sneller diffunderen dan zonder oxidatie. De oorzaak is dat bij de oxidatie gevormd interstitieel silicium in het silicium wordt geïnjecteerd.
Oxynitride (SiON): Gateoxide waarin stikstof is ingebracht. Onderdrukt het doordringen van boor uit de gate-elektrode en verhoogt de diëlektrische constante licht; werd gebruikt als gate-isolator vóór de invoering van high-k-lagen.
RTP (rapid thermal processing): Warmtebehandeling waarbij wafers één voor één met lampen of dergelijke in korte tijd van enkele seconden tot hoge temperatuur worden verhit. Maakt gloeien en het vormen van dunne oxidefilms mogelijk terwijl overbodige diffusie van onzuiverheden wordt beperkt.
STI (shallow trench isolation): Methode om componenten van elkaar te isoleren door ondiepe sleuven in silicium te etsen, met isolatiemateriaal te vullen en met CMP te vlakken. Heeft geen bird's beak zoals LOCOS en is de standaard voor isolatie in fijne LSI's.
Thermische diffusie: Dopeermethode waarbij onzuiverheidsatomen bij hoge temperatuur de halfgeleider in diffunderen. Ze verspreiden zich van hoge naar lage concentratie.
Thermische oxidatie: Methode om een SiO2-laag op het oppervlak te vormen door silicium te verhitten in zuurstof of waterdamp. Er bestaan droge en natte oxidatie.
Vogelsnavel (bird's beak): Verschijnsel bij LOCOS waarbij het oxide als een vogelsnavel onder de rand van het nitridemasker doordringt. Het verkleint het effectieve oppervlak van de componenten en is daarom bij verdere miniaturisatie vervangen door STI.

IonenimplantatieVragen over dit onderwerp →

Channeling: Verschijnsel waarbij ionen door de openingen tussen de atoomrijen van het kristal gaan en dieper doordringen dan verwacht. Wordt voorkomen door onder meer de wafer te kantelen bij de implantatie.
Dosis: Aantal ionen dat bij ionenimplantatie per oppervlakte-eenheid wordt ingeschoten. Uitgedrukt in cm⁻² en bepaald door bundelstroom en implantatietijd.
Faradaycup: Onderdeel dat de stroom meet die door een ionenbundel vloeit. Wordt in ionenimplanters gebruikt om de hoeveelheid geïmplanteerde ionen (de dosis) te bepalen.
Gloeien (annealing): Warmtebehandeling. Wordt gebruikt om kristaldefecten na ionenimplantatie te herstellen en doteerstoffen te activeren.
Halo-implantatie (pocket-implantatie): Methode waarbij aan de rand van source en drain onder een hoek doteringsatomen van hetzelfde geleidingstype als het kanaal worden geïmplanteerd. Beperkt de verbreding van de uitputtingslaag van de drain en daarmee kortekanaaleffecten.
Ionenimplantatie: Techniek waarbij onzuiverheden worden geioniseerd, versneld en in de wafer geschoten. Dosis en diepte zijn nauwkeurig te regelen.
Laseranneal: Warmtebehandeling waarbij met laserlicht alleen de omgeving van het waferoppervlak gedurende zeer korte tijd wordt verhit. Levert hoge activering met vrijwel geen diffusie.
Oplosbaarheid (solid solubility): Maximale concentratie onzuiverheden die bij een bepaalde temperatuur in het kristal kan oplossen. Bepaalt de bovengrens van de concentratie elektrisch actieve doteerstof.
Plasmadotering (plasma doping): Methode waarbij de wafer rechtstreeks aan een plasma met doteringsstof wordt blootgesteld en ionen met lage energie worden geïmplanteerd. Hoge doses zijn snel aan te brengen en driedimensionale structuren zoals vinnen zijn relatief gelijkmatig te doteren.
Pre-amorfisatie-implantatie (PAI): Methode waarbij eerst bijvoorbeeld germanium wordt geïmplanteerd om het oppervlak amorf te maken, zodat channeling bij de volgende implantatie wordt onderdrukt en ondiepe juncties ontstaan.
Projected range (Rp): Gemiddelde diepte waarop geïmplanteerde ionen tot stilstand komen. Hoe hoger de versnellingsenergie en hoe lichter het ion, hoe dieper.
Retrograde well: Well waarin met hoogenergetische ionenimplantatie de onzuiverheidsconcentratie dieper dan het oppervlak hoger is. Houdt de kanaalconcentratie aan het oppervlak laag en onderdrukt tegelijk punch-through en latch-up.
Shadowing: Verschijnsel waarbij bij implantatie met gekantelde wafer delen in de schaduw van hoge patronen zoals resist niet worden geïmplanteerd.
Spike-anneal: Warmtebehandeling waarbij de wafer snel tot een hoge temperatuur wordt verwarmd en vrijwel direct weer afkoelt zonder die temperatuur aan te houden. Maakt activering mogelijk met weinig diffusie van doteringsatomen; wordt gebruikt voor ondiepe juncties.
Transient enhanced diffusion (TED): Verschijnsel waarbij in het begin van het gloeien na ionenimplantatie de diffusie van onder meer boor tijdelijk versnelt door overtollig interstitieel silicium uit de implantatie. Bemoeilijkt het maken van ondiepe juncties.

Laagafzetting (CVD, PVD)Vragen over dit onderwerp →

ALD (atomic layer deposition): Atoomlaagdepositie. Depositiemethode waarbij zelflimiterende oppervlaktereacties van precursorgassen worden herhaald, zodat de laagdikte per atoomlaag wordt geregeld.
CVD: Chemical vapor deposition (chemische dampafzetting). Methode om een dunne laag op de wafer af te zetten via een chemische reactie van brongassen.
Elektrolytisch plateren (ECP): Depositiemethode waarbij met de wafer als kathode in een plateerbad stroom wordt geleid en metaal neerslaat. Wordt gebruikt om sleuven voor Cu-bedrading te vullen; met additieven wordt geregeld dat ze van onderaf vollopen.
Elektrostatische chuck (ESC): Mechanisme dat de wafer met elektrostatische kracht op een tafel vasthoudt. Werkt ook in vacuüm en kan gas langs de achterzijde laten stromen om de wafertemperatuur te regelen. Wordt veel gebruikt in depositie- en etsapparatuur.
Gebiedsselectieve depositie (area-selective deposition): Techniek die een film alleen op bepaalde plekken laat groeien door gebruik te maken van verschillen in het onderliggende materiaal. Kan lithografie- en etsstappen besparen, dus wordt onderzocht en ingevoerd voor onder meer geavanceerde bedrading.
HDP-CVD (high-density plasma CVD): CVD met een plasma van hoge dichtheid waarbij tijdens het afzetten tegelijk door ionensputteren de laag aan de ingang van sleuven wordt weggenomen. Is gebruikt om smalle sleuven met een isolatiefilm te vullen zonder holtes.
LPCVD (low-pressure CVD): Thermische CVD onder verlaagde druk. Doordat gasmoleculen sneller diffunderen zijn de uniformiteit van de laagdikte en de stapbedekking goed, en in een verticale oven kunnen veel wafers tegelijk worden verwerkt. Wordt gebruikt voor het afzetten van polysilicium en nitridefilms.
Magnetronsputteren: Sputteren waarbij achter het target magneten zijn geplaatst en een magnetisch veld elektronen dicht bij het target insluit, zodat de plasmadichtheid toeneemt. De afzettingssnelheid stijgt en het is de huidige standaard voor sputterapparatuur.
PECVD (plasma-enhanced CVD): CVD waarbij het brongas door plasma wordt ontleed om een film af te zetten. Kan bij een lagere temperatuur dan thermische CVD en wordt gebruikt voor onder meer isolatiefilms in het metallisatieproces.
Reactief sputteren: Methode waarbij een metalen target wordt gesputterd in een atmosfeer met een reactief gas zoals stikstof of zuurstof, om een nitride- of oxidelaag te maken. Wordt gebruikt voor het afzetten van onder meer titaniumnitride (TiN).
Spincoaten: Methode waarbij vloeibaar materiaal op het midden van de wafer wordt gedruppeld en bij hoge snelheid wordt rondgedraaid, zodat de centrifugaalkracht een gelijkmatige dunne film vormt. Wordt gebruikt voor fotoresist en opgebrachte isolatielagen.
Sputteren: Soort PVD waarbij ionen uit een plasma op een target botsen en de losgeslagen atomen zich op de wafer afzetten.
Stapbedekking (step coverage): Maat voor hoe gelijkmatig de laagdikte op de zijwanden en bodem van trappen en gaten is in vergelijking met de vlakke delen. ALD scoort zeer goed.
TEOS: Afkorting van tetraethoxysilaan. Vloeibare organosiliciumverbinding die veel wordt gebruikt als grondstof voor CVD van siliciumoxide. Levert een oxidelaag met goede stapbedekking.
Vacuümverdamping: Methode waarbij materiaal in vacuüm wordt verhit, verdampt en op het substraat neerslaat tot een film. Met een elektronenbundel kunnen ook materialen met een hoog smeltpunt worden verwerkt, maar de stapbedekking is slecht.

LithografieVragen over dit onderwerp →

Antireflectiecoating (BARC): Laag onder de resist die staande golven in de resist door licht van de ondergrond en maatvariaties bij hoogteverschillen onderdrukt.
ArF-excimeerlaser: Laser die met argon en fluor ultraviolet licht van 193 nm golflengte uitzendt. ArF-immersiebelichting, gecombineerd met immersie, is naast EUV de geavanceerde belichtingstechniek. Die met een golflengte van 248 nm is de KrF-excimeerlaser.
Chemisch versterkte resist (CAR): Resist waarin een bij belichting gevormd zuur tijdens de post-exposure bake (PEB) als katalysator kettingreacties laat verlopen. Gevoelig bij een lage belichtingsdosis en breed toegepast vanaf KrF. Gevoelig voor basische verontreiniging.
EUV-belichting: Belichtingstechniek met extreem ultraviolet licht met een golflengte van 13,5 nm. Gebruikt reflecterende optiek en een vacuümomgeving.
Fasenverschuivingsmasker (phase-shift mask): Fotomasker dat de fase van licht door naburige openingen verschuift en lichtinterferentie benut om het contrast en de resolutie van het beeld te verhogen.
Fotomasker (reticle): Origineel voor belichting waarop het circuitpatroon is aangebracht. Het patroon van de lichtafschermende laag wordt gevormd op een kwartsglazen substraat (bij EUV reflecterend). Bij verkleinende projectiebelichting wordt het 4 keer zo groot gemaakt als op de wafer.
Fotoresist: Lichtgevoelig materiaal waarvan de oplosbaarheid in de ontwikkelaar verandert onder invloed van licht. Bij een positieve resist lost het belichte deel op, bij een negatieve resist blijft het belichte deel staan.
High-NA EUV: EUV-belichtingsapparatuur van de volgende generatie met een hogere resolutie, doordat de numerieke apertuur (NA) van de projectieoptiek is vergroot van 0,33 bij het gangbare EUV naar 0,55.
Immersielithografie: Belichtingsmethode waarbij de ruimte tussen lens en wafer met water is gevuld. De numerieke apertuur kan hoger dan 1 worden, waardoor met een ArF-excimerlaser fijnere patronen mogelijk zijn.
Line edge roughness (LER): Oneffenheden op nanometerschaal aan de zijkanten van fijne resistpatronen. Oorzaak van variatie in lijnbreedte (LWR) en leidt tot spreiding in transistoreigenschappen.
Multi-patterning: Techniek waarbij patronen met een te fijne pitch voor één belichting over meerdere belichtingen en bewerkingen worden verdeeld. De variant met twee stappen heet double patterning.
Nano-imprintlithografie: Techniek waarbij een mal (mold) met een fijn patroon in de resist op de wafer wordt gedrukt om het patroon over te dragen. Maakt fijne patronen mogelijk zonder dure optica.
Numerieke apertuur (NA): Waarde die de hoek aangeeft waarover een lens licht kan verzamelen. Hoe groter, hoe hoger het oplossend vermogen.
OPC (optical proximity correction): Techniek waarbij het maskerpatroon vooraf wordt gecorrigeerd om vervorming van het patroon door onder meer lichtdiffractie te compenseren.
Overlay (overlaynauwkeurigheid): Hoe nauwkeurig een nieuw patroon kan worden uitgelijnd op het in een vorige stap gemaakte patroon. Afwijkingen leiden tot defecten zoals contacten die missen, en worden daarom op nanometerschaal bewaakt.
Pellicle: Dun vlies dat op enige afstand boven het fotomasker wordt gespannen. Voorkomt dat vuil rechtstreeks op het maskeroppervlak komt; vuil op het pellicle wordt niet scherp afgebeeld en dus minder snel overgedragen.
Positieve fotoresist: Fotoresist waarvan het belichte deel bij het ontwikkelen oplost en wordt verwijderd. Resist waarvan het belichte deel juist blijft staan, heet negatieve resist.
Procesvenster: Bereik van omstandigheden waarin de patroonafmetingen binnen de toegestane marge blijven als belichtingsdosis en focus worden gevarieerd. Hoe breder, hoe robuuster tegen productievariaties.
Scanner: Belichtingsapparaat waarbij masker en wafer synchroon bewegen onder een spleetvormige lichtbundel. Het huidige standaardtype voor massaproductie, dat het maskerpatroon doorgaans met een factor 1/4 verkleind projecteert.
Scherptediepte (DOF): Bereik van de focus waarbinnen een patroon met aanvaardbare kwaliteit kan worden overgedragen. Een grotere numerieke apertuur verhoogt het oplossend vermogen maar verkleint de scherptediepte, dus het vlak maken van de wafer wordt belangrijk.

EtsenVragen over dit onderwerp →

ALE (atomic layer etching): Techniek waarbij oppervlaktemodificatie en verwijdering afwisselend worden herhaald, zodat per cyclus een hoeveelheid ter grootte van een atoomlaag wordt weggeëtst. De etsdiepte is zeer nauwkeurig te regelen.
Anisotroop etsen: Eigenschap dat het etsen alleen in een bepaalde richting (meestal verticaal) verloopt. Noodzakelijk voor het bewerken van fijne patronen.
Antenne-effect: Verschijnsel waarbij tijdens plasmaprocessen een geleider, zoals een lange verbinding, als een antenne lading verzamelt en het verbonden gateoxide beschadigt. Wordt voorkomen door in de ontwerpregels de oppervlakteverhouding van verbindingen te beperken.
ARDE (aspect-ratio-afhankelijk etsen): Verschijnsel waarbij de etssnelheid daalt naarmate het patroon smaller en dieper is, omdat ionen en radicalen de bodem moeilijker bereiken. Ook microloadingeffect genoemd.
Ashing: Processtap waarbij na etsen of ionenimplantatie de overbodig geworden fotoresist met onder meer zuurstofplasma wordt verast en verwijderd.
Aspectverhouding: Verhouding tussen de diepte en de breedte (openingsdiameter) van een gat of sleuf. Hoe hoger, hoe moeilijker het etsen en afzetten wordt. Bij de geheugengaten van 3D NAND loopt dit op tot enkele tientallen of meer.
Droog etsen: Methode waarbij een film met plasma of gas wordt weggeëtst zonder vloeibare chemicaliën. In combinatie met ionenbombardement is anisotrope bewerking mogelijk, wat onmisbaar is voor het vormen van fijne patronen.
Eindpuntdetectie: Het vaststellen van het moment waarop bij etsen de beoogde laag is weggeëtst. Vaak wordt hiervoor de verandering in het emissiespectrum van het plasma bewaakt.
Gebufferd fluorwaterstofzuur (BHF): Chemische oplossing waarin fluorwaterstofzuur is gebufferd met ammoniumfluoride. Wordt gebruikt voor nat etsen van SiO2, met een stabiele etssnelheid en weinig schade aan de resist.
Hardmask: Hard masker van bijvoorbeeld nitride, koolstof of metaal, gebruikt wanneer fotoresist alleen niet voldoende standhoudt als masker, zoals bij het etsen van diepe gaten.
ICP (inductief gekoppeld plasma): Methode om een plasma met hoge dichtheid op te wekken door hoogfrequente stroom door een spoel te sturen. De plasmadichtheid en de energie van de ionen die de wafer bereiken zijn gemakkelijk afzonderlijk te regelen.
Isotroop etsen: Etsen dat verticaal en horizontaal even snel verloopt. Het etst onder het masker door (underetch).
Natte etsing: Methode waarbij een laag wordt opgelost door onderdompeling in een chemische vloeistof. Hoge selectiviteit en weinig schade, maar doorgaans isotroop en daarom ongeschikt voor fijne structuren.
Overetsen: Na detectie van het eindpunt nog een vaste tijd doorgaan met etsen om de film over de hele wafer zeker te verwijderen. Gebeurt onder omstandigheden met een hoge selectiviteit ten opzichte van de onderlaag.
Plasma: Toestand waarin een gas is geïoniseerd en elektronen, ionen en radicalen (neutrale actieve deeltjes) door elkaar voorkomen. Wordt in veel processtappen gebruikt, zoals droog etsen, plasma-CVD en ashing.
Radicaal: Neutraal atoom of molecuul met een ongepaard elektron dat chemisch zeer reactief is. In plasma veel talrijker aanwezig dan ionen en verantwoordelijk voor chemisch etsen en deponeren.
RIE (reactief ionenetsen): Droog etsen waarbij reactieve deeltjes uit het plasma worden gecombineerd met door een elektrisch veld versnelde ionen. Maakt verticaal anisotroop etsen mogelijk.
Seasoning: Het stabiliseren van de toestand van etsapparatuur door voor het product dummywafers te verwerken, omdat het procesresultaat varieert wanneer de toestand van de kamerwand verandert.
Selectiviteit: Verhouding tussen de etssnelheid van de te etsen laag en die van het masker of de onderliggende laag. Hoe groter, hoe minder schade aan de ondergrond.
Self-bias: Verschijnsel in capacitief gekoppelde plasmareactoren waarbij de elektrode aan de waferzijde vanzelf een negatieve gelijkspanning krijgt. Positieve ionen worden naar de wafer versneld, wat helpt bij anisotroop etsen.

CMP en reinigingVragen over dit onderwerp →

Ceria (ceriumoxide): Slijpdeeltjes die in CMP-slurry's worden gebruikt. Reageren gemakkelijk chemisch met oxide en geven een hoge selectiviteit ten opzichte van nitride, dus worden gebruikt voor CMP van STI.
CMP: Chemisch-mechanisch polijsten. Het wafeloppervlak wordt vlak gemaakt door de chemische werking van de slurry te combineren met mechanisch polijsten met een pad.
Dishing: Verschijnsel bij CMP waarbij het midden van brede metaalbanen schotelvormig te ver wordt weggeslepen.
Erosie (erosion): Verschijnsel bij CMP waarbij een heel gebied met dicht opeen liggende bedrading, samen met de isolatielaag, te sterk wordt gepolijst en lager komt te liggen dan de omgeving. Naast dishing, het uithollen van brede bedrading, een kenmerkend defect.
Megasonisch reinigen: Reinigingsmethode waarbij ultrageluid van ongeveer 1 MHz op de reinigingsvloeistof wordt toegepast om deeltjes van het waferoppervlak te verwijderen.
Natuurlijk oxide (native oxide): Dunne oxidelaag van circa 1 nm die vanzelf ontstaat wanneer silicium met lucht of water in aanraking komt. Verhoogt de contactweerstand en hindert epitaxiale groei; daarom direct voor de betreffende stap verwijderd.
Padconditionering: Werkzaamheid waarbij het oppervlak van het CMP-polijstpad met een diamanten gereedschap wordt opgeruwd om de toestand te herstellen waarin het pad slurry vasthoudt, zodat de polijstsnelheid stabiel blijft. Ook dressing genoemd.
Patroonineenstorting (pattern collapse): Defect waarbij hoge-aspectverhouding-patronen tijdens reinigen en drogen omvallen of aan elkaar plakken door de oppervlaktespanning van vloeistof die tussen de patronen is achtergebleven.
RCA-reiniging: Reinigingsmethode waarbij SC-1 (ammonia en waterstofperoxide) deeltjes en organische stoffen verwijdert en SC-2 (zoutzuur en waterstofperoxide) metaalverontreiniging.
SC-1 (APM): Mengsel van ammonia, waterstofperoxide en water. Wordt aan het begin van de RCA-reiniging gebruikt en verwijdert deeltjes en organische stoffen terwijl het oppervlak licht wordt geëtst.
SC-2 (HPM): Mengsel van zoutzuur, waterstofperoxide en water. Wordt bij RCA-reiniging na SC-1 gebruikt om metaalverontreiniging te verwijderen.
Single-wafer-reiniging: Reinigingsmethode waarbij wafers één voor één worden verwerkt. Kruisbesmetting tussen wafers treedt moeilijk op en de condities zijn per wafer goed te regelen. De methode waarbij veel wafers tegelijk in een chemisch bad worden gedompeld heet batchreiniging.
Slurry: Vloeistof voor CMP waarin fijne slijpdeeltjes in een chemische oplossing zijn gedispergeerd. Maakt het oppervlak vlak door chemische werking te combineren met mechanisch polijsten.
SPM (sulfuric peroxide mixture): Mengsel van zwavelzuur en waterstofperoxide. Verwijdert organische stoffen zoals resist met sterke oxiderende werking.
Verdund fluorwaterstofzuur (DHF): Reinigingsvloeistof van met water verdund fluorwaterstofzuur. Verwijdert het natuurlijke oxide van het siliciumoppervlak en laat het oppervlak achter in een met waterstof beëindigde, hydrofobe toestand.
Vergelijking van Preston: Empirische vergelijking volgens welke de polijstsnelheid bij CMP evenredig is met het product van polijstdruk en relatieve snelheid tussen pad en wafer.

InterconnectprocessenVragen over dit onderwerp →

Air gap: Techniek waarbij een deel van de isolatiefilm tussen verbindingen hol wordt gemaakt. Omdat de relatieve permittiviteit van lucht vrijwel 1 is, daalt de capaciteit tussen verbindingen sterk.
Backside power delivery: Techniek waarbij de voedingsbedrading aan de achterzijde van de wafer wordt geplaatst, zodat de bedrading aan de voorzijde voor signalen beschikbaar is. Vermindert spanningsval en bedradingsdrukte. Ook backside power delivery network (BSPDN) genoemd.
Barrièremetaal (barrier metal): Dunne metaallaag rond koperen bedrading die voorkomt dat koper in de isolatielaag of het silicium diffundeert. Bijvoorbeeld Ta of TaN.
Contact: Deel dat de source, drain en gate van een transistor met de onderste bedradingslaag verbindt. Wordt gemaakt door in de isolatielaag geëtste contactgaten met onder meer wolfraam te vullen.
Crosstalk: Verschijnsel waarbij door onder meer capacitieve koppeling tussen naburige bedrading een signaalverandering in de ene lijn als ruis in de andere verschijnt. Wordt onderdrukt door de afstand tussen lijnen te vergroten of afschermende lijnen toe te voegen.
Damascene-proces: Methode waarbij sleuven in een isolatielaag worden geëtst, met metaal worden gevuld en overtollig metaal met CMP wordt verwijderd om bedrading te vormen. Wordt gebruikt voor Cu-bedrading.
Dual-damascene: Methode waarbij eerst bedradingsgroeven en via-gaten in de isolatielaag worden gemaakt en beide gelijktijdig met Cu worden gevuld en met één CMP-stap worden gevormd. Vermindert het aantal processtappen.
IR-drop: Verschijnsel waarbij de voedingsspanning die de schakeling bereikt daalt doordat stroom (I) door de weerstand (R) van de voedingsbedrading loopt. Veroorzaakt toenemende schakelingsvertraging en storingen.
Low-k-materiaal: Isolatiemateriaal met een lage relatieve permittiviteit voor tussenlagen. Verlaagt de capaciteit tussen verbindingen en beperkt zo signaalvertraging en energieverbruik.
Meerlaagse bedrading: Structuur met meerdere bedradingslagen boven elkaar, gescheiden door isolatielagen en onderling verbonden met via's. Bij geavanceerde LSI's zijn het 10 lagen of meer.
MOL (middle of line): Deel met contacten en lokale bedrading dat transistors (FEOL) en meerlaagse bedrading (BEOL) verbindt. Door schaalverkleining neemt de weerstand toe, wat de prestaties beperkt.
Passivatielaag: Film op de bovenste laag van de chip die de interne schakelingen beschermt tegen vocht, verontreiniging en mechanische krassen. Siliciumnitride, polyimide en dergelijke worden gebruikt.
RC-vertraging: Signaalvertraging bepaald door het product van de weerstand (R) en de capaciteit (C) van de verbinding. Wordt groter naarmate de verbindingen door miniaturisatie dunner worden en beperkt de prestaties.
Seedlaag: Dunne Cu-film die door onder meer sputteren wordt aangebracht voordat Cu elektrolytisch wordt gevuld. Vormt de geleidende laag waardoor de plateerstroom kan lopen.
Silicide: Verbinding van silicium en een metaal (zoals NiSi en TiSi2). Wordt gevormd op het oppervlak van source, drain en gate om de weerstand en de contactweerstand te verlagen.
Skin-effect: Verschijnsel waarbij een stroom met hoge frequentie zich concentreert nabij het oppervlak van de geleider, waardoor de effectieve weerstand toeneemt. Hoe hoger de frequentie, hoe dunner de oppervlaktelaag waarin de stroom vloeit.
Vergelijking van Black (Black's equation): Empirische formule die de levensduur van bedrading bij elektromigratie uitdrukt in stroomdichtheid en temperatuur. De levensduur is omgekeerd evenredig met een macht van de stroomdichtheid en wordt exponentieel korter bij hogere temperatuur.
Via: Geleider die in meerlaagse bedrading de boven- en onderliggende bedradingslagen elektrisch verbindt. Wordt gemaakt door een gat in de isolatielaag met metaal te vullen.

Procesmaterialen (gassen, chemicaliën)Vragen over dit onderwerp →

Arsine (AsH3): Gas, een verbinding van arseen en waterstof. Gebruikt voor het inbrengen van n-type onzuiverheid (arseen) en voor de groei van verbindingshalfgeleiders zoals GaAs. Zeer giftig.
Fosfine (PH3): Gas van een verbinding van fosfor en waterstof. Wordt gebruikt als grondstof om n-type doteringsstof (fosfor) in silicium te brengen. Extreem giftig.
Massaflowcontroller (MFC): Apparaat in depositie- en etsapparatuur dat de massastroom van gas nauwkeurig meet en op een ingestelde waarde constant houdt.
NF3 (stikstoftrifluoride): Gas dat onder meer wordt gebruikt voor het reinigen van de kamers van CVD-apparatuur. Heeft een hoog aardopwarmingsvermogen, dus beperking van de uitstoot is vereist.
Precursor (voorloper): Uitgangsverbinding die bij CVD of ALD reageert en de gewenste film vormt. Voorbeelden zijn TEOS en organometallische verbindingen.
Silaan (SiH4): Gas van een verbinding van silicium en waterstof. Wordt gebruikt als grondstof voor CVD van polysilicium en siliciumoxide- en nitridefilms. Ontbrandt spontaan aan de lucht en wordt daarom streng beheerd.
Speciale materiaalgassen (specialty gases): Zeer zuivere giftige of brandbare gassen voor de halfgeleiderproductie, zoals silaan, arsine en fosfine. Worden onder strikt beheer geleverd.
TMAH: Tetramethylammoniumhydroxide. Organische base zonder metaalionen, gebruikt als ontwikkelaar voor fotoresist. Let op vergiftiging door opname via de huid.
Ultrapuur water (UPW): Water waaruit ionen, deeltjes, organische stoffen enzovoort tot het uiterste zijn verwijderd. Wordt in grote hoeveelheden gebruikt voor het reinigen van wafers; de zuiverheid wordt bewaakt via onder meer de soortelijke weerstand.

Back-end en test

Packaging en montageVragen over dit onderwerp →

Backgrinding: Processtap waarbij de achterzijde van de wafer vóór het dicen wordt geslepen om hem dunner te maken, zodat het pakket dunner wordt. Voor chips die worden gestapeld wordt hij tot enkele tientallen µm uitgedund.
BGA: Ball grid array. Package voor veel pennen met soldeerballetjes in een raster aan de onderkant.
CSP (chip scale package): Verzamelnaam voor packages die tot vrijwel dezelfde afmetingen als de chip zijn verkleind. Wordt veel gebruikt in kleine apparaten zoals smartphones.
Dicing: Proces waarbij de wafer in afzonderlijke chips (dies) wordt gesneden. Naast snijden met een draaiend blad bestaat er onder meer stealth dicing, waarbij met een laser een gemodificeerde laag in het inwendige wordt gemaakt.
Die bonding: Stap waarbij de gezaagde chip op de voorgeschreven plek van het leadframe of het packagesubstraat wordt gelijmd en vastgezet. Daarbij worden lijm, soldeer, sintermateriaal en dergelijke gebruikt.
Flip-chip: Verpakkingsmethode waarbij het circuitoppervlak van de chip naar beneden wijst en via bumps rechtstreeks met het substraat wordt verbonden. Korte verbindingen en geschikt voor veel pinnen.
Leadframe: Dun metalen plaatje waarin het plateau voor de chip en de externe aansluitingen (leads) één geheel vormen. Wordt gebruikt in behuizingen zoals QFP.
Reflow-solderen: Methode waarbij soldeerpasta op een printplaat wordt aangebracht, componenten worden geplaatst en het soldeer in een oven wordt gesmolten, waarna alles in één keer is gesoldeerd. De standaardmethode voor surface-mountmontage.
Thermische weerstand: Grootheid die aangeeft hoe moeilijk warmte wordt doorgegeven, in eenheden van °C/W. De temperatuurstijging volgt uit het opgewekte vermogen maal de thermische weerstand. Die van de chipjunctie naar de omgevingslucht wordt θJA genoemd.
Underfill: Hars die bij flip-chip in de ruimte tussen chip en substraat wordt gevuld. Het verdeelt de spanning door het verschil in thermische uitzetting en beschermt de bumpverbindingen.
Wirebonden (wire bonding): Verbindingsmethode waarbij de elektrodepads van de chip met dunne metaaldraden van goud of koper worden verbonden met het leadframe of het substraat.
WLP (wafer-level package): Behuizing waarbij herbedrading en externe aansluitingen nog op waferniveau worden gevormd en pas daarna wordt gesingulariseerd. Resulteert in een kleine behuizing met vrijwel de afmetingen van de chip.

Testen en inspectieVragen over dit onderwerp →

ATE (automatic test equipment): Apparaat dat testpatronen op de chip aanbrengt, de uitgangen meet en automatisch goed of fout beoordeelt. Ook wel tester genoemd.
ATPG (automatic test pattern generation): Automatisch genereren van testpatronen voor het detecteren van fouten uit de netlijst van een circuit. Wordt gebruikt in combinatie met scanontwerp.
BIST (built-in self-test): Mechanisme waarbij testschakelingen in de chip zijn ingebouwd, zodat de chip zelf testpatronen genereert en het resultaat beoordeelt. Wordt veel gebruikt voor onder meer geheugentests.
Burn-in: Test waarbij producten onder stress (hoge temperatuur, hoge spanning, enz.) worden bedreven om exemplaren die gevoelig zijn voor vroege uitval vóór levering te verwijderen.
DFT (design for testability): Ontwerpmethode waarbij voorzieningen zoals scanketens en BIST vooraf in het circuit worden opgenomen om testen te vergemakkelijken.
Foutdekking (fault coverage): Aandeel van de veronderstelde fouten dat met dat testpatroon kan worden gedetecteerd. Hoe hoger, hoe kleiner de kans dat defecte producten worden gemist.
IDDQ-test: Test waarbij de voedingsstroom van een stilstaand CMOS-circuit wordt gemeten; is die abnormaal groot, dan wordt op een defect zoals een brugfout geoordeeld.
KGD (known good die): Chip waarvan voor de montage is bevestigd dat hij goed is. Belangrijk wanneer meerdere chips in één package worden gestapeld, omdat het hele package defect is zodra er één defecte chip tussen zit.
Probe card: Hulpstuk waarmee tal van naalden (probes) in contact worden gebracht met de elektroden van chips op de wafer en deze elektrisch met de tester worden verbonden.
Scantest: Testmethode waarbij de toestand binnen de schakeling wordt ingesteld en uitgelezen met een scanketen, waarin de flipflops in een keten zijn verbonden.
Stuck-at-fout: Basaal foutmodel voor het testen van logische schakelingen waarbij wordt aangenomen dat de waarde van een signaallijn vastzit op 0 of 1. Ook stuck-at fault genoemd.
Wafertest (probe test): Stap voor het zagen waarbij probes op de elektroden van elke chip op de wafer worden gezet om de elektrische eigenschappen te testen. Defecte chips worden voor de assemblage gevonden, zodat onnodige assemblage wordt vermeden.

Metrologie en analyseVragen over dit onderwerp →

AFM (atomic force microscope): Microscoop die met een scherpe tip het monsteroppervlak aftast en uit de kracht tussen tip en oppervlak de fijne hoogteverschillen meet. Wordt onder meer gebruikt voor het beoordelen van oppervlakteruwheid.
CD-SEM: Scanning-elektronenmicroscoop voor het meten van de lijnbreedte (CD) van patronen. Wordt gebruikt voor dimensiebewaking na lithografie en etsen.
Defectinspectieapparaat: Apparaat dat deeltjes en patroondefecten op de wafer opspoort. Er zijn methoden die verstrooid licht detecteren en methoden die beelden van naburige dies vergelijken.
EDX (energiedispersieve röntgenspectroscopie): Analysemethode die de energie van de karakteristieke röntgenstraling meet die een monster uitzendt bij bestraling met elektronen, om de soorten en hoeveelheden elementen te bepalen. Wordt gecombineerd met SEM of TEM.
Ellipsometrie: Meetmethode waarbij gepolariseerd licht op een laag valt en uit de verandering van de polarisatietoestand door reflectie de dikte en brekingsindex van een dunne laag worden bepaald. Is niet-destructief.
FIB (focused ion beam): Apparaat dat met een fijn gefocusseerde ionenbundel een monster bewerkt of er een film op aanbrengt. Wordt gebruikt voor dwarsdoorsneden in kleine gebieden, het maken van dunne TEM-monsters en het repareren van schakelingen.
SEM (scanning-elektronenmicroscoop): Microscoop die het oppervlak van een monster met een fijn gebundelde elektronenstraal aftast en met onder meer de vrijkomende secundaire elektronen de oppervlaktevorm waarneemt. Maakt structuren van enkele nm zichtbaar die met een optische microscoop niet te zien zijn.
SIMS (secundaire-ionenmassaspectrometrie): Methode waarbij een monster met primaire ionen wordt afgeschaafd en de secundaire ionen massaspectrometrisch worden geanalyseerd, zodat de diepteverdeling van onzuiverheden zeer gevoelig wordt gemeten.
TEM (transmissie-elektronenmicroscoop): Microscoop waarbij een elektronenbundel door een uitgedund monster wordt gestuurd. Met een resolutie op atomair niveau kunnen dwarsdoorsneden en kristaldefecten worden onderzocht.
TXRF (total reflection X-ray fluorescence): Analysemethode waarbij röntgenstraling onder een zeer kleine hoek op het waferoppervlak valt en totaal wordt gereflecteerd, en de fluorescentiestraling van minieme metaalverontreinigingen aan het oppervlak zeer gevoelig wordt gemeten.
Vierpuntsmeting: Methode om de laagweerstand van een wafer of dunne film te bepalen: stroom door de twee buitenste van vier in een rechte lijn geplaatste naalden en meting van de spanning over de twee binnenste.
XPS (röntgenfoto-elektronenspectroscopie): Analysemethode die uit de energie van foto-elektronen die onder röntgenbestraling vrijkomen de elementen en de toestand van de chemische bindingen in de bovenste enkele nm van het oppervlak bepaalt.
XRD (röntgendiffractie): Analysemethode waarbij röntgenstraling op een kristal valt en uit de hoek en intensiteit van de gediffracteerde straling de kristalstructuur, de roosterconstante, de rek in de laag en de kristalkwaliteit worden bepaald.

Opbrengst en kwaliteitsbeheersingVragen over dit onderwerp →

APC (advanced process control): Regeling die op basis van onder meer meetresultaten van het voorgaande proces automatisch de procescondities van de apparatuur voor de volgende lot of wafer corrigeert. Omvat onder meer run-to-run-regeling en verkleint de spreiding.
FMEA (failure mode and effects analysis): Methode waarbij de mogelijke faalwijzen van een product of proces worden geïnventariseerd, hun effecten en ernst worden beoordeeld en vooraf maatregelen worden genomen.
Killer defect: Defect dat een chip onbruikbaar maakt. Bijvoorbeeld deeltjes of patroonafwijkingen met een grootte of positie die kortsluiting of onderbreking van de bedrading veroorzaken.
Oorzaak-gevolgdiagram: Diagram dat de relatie tussen een probleem (het gevolg) en de factoren die het beïnvloeden ordent in de vorm van een visgraat. Ook visgraatdiagram of Ishikawa-diagram genoemd.
Opbrengst (yield): Aandeel goede chips ten opzichte van het aantal gestarte chips. Een maat die de productiekosten van halfgeleiders sterk beïnvloedt.
Paretodiagram: Diagram waarin defecttypen e.d. als staafdiagram in aflopende volgorde van aantal zijn gerangschikt, met het cumulatieve percentage als lijn erover. Wordt gebruikt om de punten te vinden waarop maatregelen prioriteit moeten krijgen.
Poisson-yieldmodel: Model dat uitgaat van willekeurig verdeelde defecten en de yield uitdrukt als Y = exp(−D×A), met D de defectdichtheid en A het chipoppervlak.
Procescapabiliteitsindex (Cpk): Maat voor hoeveel marge de procesvariatie en de afwijking van het gemiddelde laten ten opzichte van de specificatiegrenzen. Een waarde van 1,33 of hoger geldt als richtlijn.
Regelkaart (control chart): Diagram waarin procesmetingen in tijdsvolgorde worden uitgezet en met een hartlijn en controlegrenzen (doorgaans ±3σ) worden vergeleken om te beoordelen of het proces stabiel is. Punten buiten de grenzen of reeksen punten aan één kant zijn tekenen van afwijkingen.
SPC (statistische procesbeheersing): Methode om de kwaliteit te waarborgen door procesgegevens met onder meer regelkaarten te bewaken en afwijkingen statistisch op te sporen.
Systematische defecten: Defecten die steeds opnieuw op bepaalde patronen of plaatsen optreden, bijvoorbeeld door de wisselwerking tussen ontwerp en productieproces. Worden onderscheiden van willekeurige defecten door toevallige deeltjes en dergelijke.

BetrouwbaarheidVragen over dit onderwerp →

Arrheniusmodel: Model waarin de snelheid van een reactie of degradatie met de temperatuur verandert volgens exp(−Ea/kT). Wordt gebruikt om uit de resultaten van versnelde tests bij verhoogde temperatuur de levensduur bij de werkelijke gebruikstemperatuur te schatten.
Badkuipcurve (bathtub curve): Curve die het verloop van de uitvalsnelheid in de tijd weergeeft. Ze bestaat uit de periode van vroege uitval, de periode van toevallige uitval en de periode van slijtage-uitval en lijkt op een badkuip.
Elektromigratie: Verschijnsel waarbij metaalatomen in de bedrading door de stroom worden verplaatst. Er ontstaan voids en hillocks, die onderbrekingen of kortsluitingen veroorzaken.
ESD (elektrostatische ontlading): Verschijnsel waarbij statische elektriciteit van een opgeladen persoon of voorwerp in één keer ontlaadt. Op een IC-aansluiting kan dit het gateoxide en dergelijke vernielen, dus in- en uitgangen krijgen een beveiligingsschakeling.
FIT: Eenheid voor de uitvalfrequentie. Eén uitval per miljard (10⁹) apparaat-uren telt als 1 FIT. Gebruikt voor het beoordelen van componenten met een zeer lage uitvalfrequentie, zoals halfgeleiders.
Hot-carrierinjectie (HCI): Verschijnsel waarbij ladingdragers die door het sterke elektrische veld nabij de drain zijn versneld in de gate-isolator worden geïnjecteerd, wat degradatie veroorzaakt zoals verschuiving van de drempelspanning en afname van de aandrijfstroom.
Latch-up: Verschijnsel waarbij een parasitaire thyristorstructuur in een CMOS-circuit gaat geleiden en een grote stroom tussen voeding en massa blijft lopen. Wordt voorkomen door onder meer de plaatsing van well-contacten en guard rings.
MTTF (gemiddelde tijd tot uitval): Gemiddelde tijd tot uitval van een product dat niet wordt gerepareerd. Wordt gebruikt als maat voor de levensduur van een product.
NBTI: Degradatieverschijnsel waarbij de absolute waarde van de drempelspanning geleidelijk toeneemt als een negatieve spanning op de gate van een pMOS staat bij hoge temperatuur.
Soft error: Fout waarbij opgeslagen gegevens in geheugen of flipflops tijdelijk omklappen door onder meer neutronen of alfadeeltjes van kosmische straling. De component raakt niet defect; na herschrijven is alles weer normaal.
TDDB (time-dependent dielectric breakdown): Verschijnsel waarbij een isolatielaag waarop voortdurend spanning staat uiteindelijk doorslaat, ook bij een spanning lager dan de doorslagspanning. Wordt gebruikt om de levensduur van onder meer gate-oxide te beoordelen.
Weibull-verdeling: Kansverdeling die veel wordt gebruikt voor de analyse van levensduurgegevens. Afhankelijk van de vormparameter kan ze vroege uitval, toevallige uitval en slijtage-uitval beschrijven.

Ontwerp en industrie

LSI-ontwerpflow en EDAVragen over dit onderwerp →

Clock gating: Laagvermogen-ontwerptechniek waarbij de klok naar ongebruikte circuitblokken wordt stopgezet om onnodig schakelvermogen te beperken.
DRC (design rule check): Verificatie of de layout voldoet aan de geometrische regels voor de productie, zoals lijnbreedte en afstand.
FPGA: LSI waarvan de gebruiker na de productie de logische configuratie kan herschrijven. Wordt gebruikt voor prototypes, producten in kleine oplagen en de verificatie van ASIC's.
High-level synthesis (HLS): Techniek die uit een beschrijving van een algoritme in onder meer C of C++ automatisch RTL genereert. Wordt gebruikt bij de ontwikkeling van FPGA's en versnellers.
Logische synthese: Ontwerpstap waarbij een in RTL beschreven schakeling wordt omgezet in een netlist met poorten uit de celbibliotheek.
LVS: Afkorting van Layout Versus Schematic. Verificatie of de uit de layout geëxtraheerde schakelingsverbindingen overeenkomen met het schema of de netlist. Wordt, samen met DRC, altijd vóór de tape-out uitgevoerd.
Netlist: Gegevens die de componenten (cellen) van een circuit en hun onderlinge verbindingen beschrijven. Uitvoer van logische synthese en invoer voor plaatsen en routeren en timinganalyse.
PDK (process design kit): Set ontwerpgegevens die de foundry aan ontwerpers levert: ontwerpregels, componentmodellen, celbibliotheken, verificatieregels en dergelijke.
Plaatsing en routering (place and route): Ontwerpstap waarbij, uitgaande van de netlist uit logische synthese, de cellen op de chip worden geplaatst (placement) en de verbindingen tussen de cellen worden bepaald (routing).
RTL (register transfer level): Abstractieniveau van het ontwerp waarbij een circuit wordt beschreven aan de hand van hoe data tussen registers worden overgedragen en verwerkt. Geschreven in Verilog of VHDL en invoer voor logische synthese.
SPICE: Circuitsimulator die spanningen en stromen op transistorniveau met componentmodellen nauwkeurig berekent. Wordt gebruikt voor het ontwerp van analoge schakelingen en het karakteriseren van cellen.
STA (statische timinganalyse): Methode die de vertraging van elk pad in een schakeling berekent zonder testpatronen te gebruiken, en controleert of aan de timingeisen wordt voldaan.
Standaardcel: Vooraf ontworpen en geverifieerd onderdeel, zoals een logische poort of flipflop. Heeft een uniforme hoogte en wordt met automatische place and route gerangschikt tot een grote schakeling.
Tape-out: Het overdragen van de lay-outgegevens voor maskerproductie aan de fabricage na afronding van ontwerp en verificatie. De term stamt uit de tijd dat de gegevens op magneetband werden overgedragen.

Timinganalyse en CDCVragen over dit onderwerp →

Asynchrone FIFO: FIFO die op aparte klokken wordt beschreven en gelezen, gebruikt om meerbitsdata tussen klokdomeinen door te geven. De pointers worden naar Gray-code omgezet voordat ze in het andere domein worden gesynchroniseerd om vol (full) en leeg (empty) te bepalen. De pointers hebben één bit meer dan het adres om het rondlopen (wrap-around) te onderscheiden.
CRPR (clock reconvergence pessimism removal): Correctie in OCV-gebaseerde STA die het verschil dat ontstaat door zowel trage als snelle factoren toe te passen op het gedeelde deel van de launch- en captureklokpaden, weer bij de slack optelt. Het gedeelde deel is fysiek hetzelfde en kan binnen één klokflank dus niet zowel traag als snel zijn.
False path: Pad dat structureel bestaat, maar waarlangs tijdens de werking geen signaal daadwerkelijk propageert. Wordt als timingexceptie van STA uitgesloten en in SDC opgegeven met set_false_path.
Handshake: Schema dat data betrouwbaar overdraagt door een verzoek (req) van de zender en een bevestiging (ack) van de ontvanger uit te wisselen. Tussen klokdomeinen worden alleen req en ack gesynchroniseerd terwijl de data stabiel wordt gehouden; dat is veilig, maar kost enkele cycli of meer per overdracht.
Klokdomein: Groep flipflops die door dezelfde klok worden aangestuurd, of door klokken met een vaste frequentie- en faserelatie. Een signaal doorgeven tussen klokdomeinen die onderling asynchroon zijn, vereist een synchronisator.
Klokonzekerheid (clock uncertainty): Marge die bij timinganalyse van de beschikbare tijd wordt afgetrokken om rekening te houden met jitter en met nog onbekende clockskew. Wordt in SDC ingesteld met set_clock_uncertainty en vóór de opbouw van de klokboom groter gekozen om ook de skew te dekken.
Kritiek pad: Pad met de grootste vertraging in een schakeling, dat de maximale klokfrequentie bepaalt. In STA is het het pad met de kleinste slack, en een ontwerp versnellen begint met het verkleinen van de vertraging ervan.
MTBF (gemiddelde tijd tussen storingen): Gemiddelde tijd tussen storingen. Voor een synchronisator is het de gemiddelde tijd tussen metastabiele gebeurtenissen die niet worden opgelost en worden doorgegeven, gegeven door MTBF = e^(t_r/τ) ÷ (T_0 × f_clk × f_data). Extra trappen verlengen de oplostijd t_r en verhogen de MTBF exponentieel.
Multicyclepad: Timingexceptie die STA vertelt dat een pad meerdere klokcycli mag gebruiken om data over te dragen. Als setup op N cycli wordt gezet, wordt hold meestal op N − 1 gezet om de flank van de holdcontrole terug te zetten op haar oorspronkelijke positie.
OCV (on-chip variation): Variatie in transistor- en draadvertraging van plaats tot plaats binnen één chip. STA past aparte factoren toe op launch- en capturepaden (bijvoorbeeld 1,1× en 0,9×) om de meest pessimistische combinatie te analyseren.
Recovery-controle: Timingcontrole die nagaat dat het vrijgeven van een asynchrone reset of iets dergelijks niet te kort vóór een klokflank gebeurt; komt overeen met setup. Wordt gecombineerd met de removal-controle, die nagaat dat de vrijgave niet te kort na de flank gebeurt, en overeenkomt met hold.
SDC: Formaat voor timingconstraints dat klokperioden en -golfvormen, ingangs- en uitgangsvertragingen, timingexcepties enzovoort beschrijft. Geschreven als Tcl-commando's en gedeeld door tools voor logische synthese, place-and-route en STA.
Slack: Waarde die de timingmarge uitdrukt. Voor setup is het de vereiste tijd min de aankomsttijd, voor hold de aankomsttijd min de vereiste tijd; een negatieve waarde betekent een schending.
Synchronisator: Schakeling die een asynchroon signaal uitlijnt op de ontvangende klok. De basisvorm bestaat uit twee flipflops in serie, wat de kans vergroot dat metastabiliteit in de eerste trap is opgelost vóór de volgende flank.
Toggle-synchronisator: Schema dat elke puls aan de zendende kant omzet in een omklapping van een niveausignaal, dit synchroniseert en aan de ontvangende kant een puls terugwint door een XOR met de waarde van één cyclus eerder. Pulsen korter dan de ontvangende klokperiode gaan niet verloren, maar pulsen moeten enkele ontvangende cycli uit elkaar liggen.
WNS (worst negative slack): In STA de slechtste (kleinste) slack van alle paden. Samen met TNS (total negative slack), de som van de negatieve slack over alle schendende eindpunten, geeft het aan hoe groot en hoe wijdverbreid de timingschendingen zijn.

Cleanroom en productieapparatuurVragen over dit onderwerp →

Downflow: Luchtstroomprincipe in een cleanroom waarbij schone lucht over het hele plafond in één richting naar de vloer stroomt. Voert gegenereerde deeltjes snel af naar onder de vloer.
EFEM: Afkorting van Equipment Front End Module. Eenheid aan de voorzijde van productieapparatuur die het deksel van de FOUP opent en wafers in een schone omgeving de apparatuur in transporteert. Omvat loadports en een transportrobot.
FFU (fan filter unit): Apparaat waarin een ventilator en een hoogwaardig filter zijn samengebracht. Wordt in rijen aan het plafond van een cleanroom geplaatst en blaast schone lucht naar beneden.
FOUP: Gesloten container voor het transport en de opslag van 300 mm-wafers.
HEPA-filter: Hoogwaardig luchtfilter dat ten minste 99,97% van de deeltjes met een grootte van 0,3 µm opvangt. Een filter dat nog kleinere deeltjes opvangt is het ULPA-filter.
ISO 14644-1: Internationale norm die de reinheidsklassen van cleanrooms vastlegt aan de hand van het aantal deeltjes in de lucht. Hoe lager het getal, hoe schoner.
Mini-environment: Principe waarbij alleen de kleine ruimte rondom de wafer op hoge reinheid wordt gehouden. Door een gesloten container zoals de FOUP te combineren met de EFEM aan de voorzijde van de apparatuur worden de eisen aan de reinheid van de hele ruimte lager en de kosten beperkt.
Moleculaire verontreiniging (AMC): Gasvormige verontreinigingen in de lucht, zoals zuren, basen en organische stoffen. Worden niet door deeltjesfilters tegengehouden, maar met chemische filters verwijderd.
OHT (overhead hoist transport): Apparaat dat langs rails aan het plafond rijdt en FOUP's automatisch tussen productieapparatuur vervoert. Het belangrijkste middel voor automatisch transport in fabrieken voor 300 mm-wafers.
ULPA-filter: Hoogwaardig luchtfilter dat nog kleinere deeltjes opvangt dan een HEPA-filter. Wordt gebruikt in het plafond van cleanrooms met een hoge reinheid.

Milieu en veiligheidVragen over dit onderwerp →

Gaswasser / abatementsysteem: Apparaat dat schadelijke stoffen in het uitlaatgas van productieapparatuur verwijdert door verbranding, adsorptie, wassen met water enzovoort.
GHS: Systeem dat de gevaren van chemische producten wereldwijd uniform aangeeft met pictogrammen en waarschuwingsteksten.
Lockout-tagout (LOTO): Procedure waarbij voor onderhoud aan apparatuur energiebronnen zoals elektriciteit en gas worden afgesloten en met een slot en label worden geborgd, zodat niemand ze tijdens het werk per ongeluk weer kan inschakelen.
Onderste explosiegrens (LEL): Laagste concentratie waarbij een brandbaar gas in lucht kan branden of exploderen. Gasdetectoren worden vaak zo ingesteld dat ze alarm geven bij een bepaald percentage van deze concentratie.
Perfluorkoolstoffen (PFC): Ook PFC genoemd. Gassen met fluorverbindingen, zoals CF4 en C2F6, die worden gebruikt voor etsen en het reinigen van kamers. Ze hebben een zeer groot broeikaseffect.
Plaatselijke afzuiging (local exhaust ventilation): Voorziening die gassen en nevel van onder meer apparatuur waarin chemicaliën worden gebruikt dicht bij de bron opzuigt en afvoert. Voorkomt dat werknemers schadelijke stoffen inademen.
Risicobeoordeling (risk assessment): Aanpak waarbij de gevaren en schadelijkheid van werkzaamheden en chemische stoffen worden vastgesteld, de omvang van het risico wordt ingeschat en maatregelen op prioriteit worden bepaald.
RoHS-richtlijn: EU-regelgeving die het gebruik van bepaalde gevaarlijke stoffen, zoals lood en kwik, in elektrische en elektronische apparatuur beperkt.
SDS (veiligheidsinformatieblad): Document met de gevaren van een chemische stof, de omgang ermee, eerstehulpmaatregelen en meer.
Zuurstoftekort (oxygen deficiency): Toestand waarin de zuurstofconcentratie in de lucht onder 18% is gedaald. Treedt gemakkelijk op op plaatsen waar veel stikstof wordt gebruikt en bij werk in kleine ruimten; men kan in enkele ademhalingen het bewustzijn verliezen.

Halfgeleiderindustrie en marktVragen over dit onderwerp →

ASIC (application-specific integrated circuit): LSI die speciaal voor een bepaalde toepassing of klant is ontworpen. Heeft voordelen in prestaties en vermogensverbruik ten opzichte van standaardproducten, maar de ontwikkelkosten zijn hoog; geschikt voor toepassingen met voldoende volume.
Dennard-schaling: Wet dat wanneer de afmetingen en de voedingsspanning van transistors met dezelfde factor worden verkleind, hogere snelheid en integratiedichtheid mogelijk zijn bij gelijkblijvende vermogensdichtheid. Ging halverwege de jaren 2000 niet meer op, omdat de spanning niet verder omlaag kon.
Discrete halfgeleider: Categorie halfgeleiderproducten die elk één functie vervullen, zoals diodes, losse transistors en vermogens-MOSFET's. Onderscheiden van IC's waarin veel componenten zijn geïntegreerd.
Fabless: Bedrijfsvorm van een onderneming die geen eigen fabriek heeft en zich richt op het ontwerp en de verkoop van halfgeleiders.
Foundry: Bedrijf of bedrijfsmodel dat zich uitsluitend richt op de contractproductie van halfgeleiders die door andere bedrijven zijn ontworpen.
IDM (geïntegreerde apparaatfabrikant): Halfgeleiderbedrijf dat alles in eigen beheer doet, van ontwerp en front-end- en back-endproductie tot verkoop.
MPW (multi-project wafer): Systeem waarbij ontwerpen van meerdere klanten op één wafer (één set maskers) worden meegenomen voor prototypes. De dure maskerkosten worden gedeeld, dus wordt het gebruikt voor prototypes van universiteiten en startups.
OSAT: Bedrijf dat in opdracht back-end-processen zoals assemblage en testen van halfgeleiders uitvoert.
Siliciumcyclus: Verschijnsel op de halfgeleidermarkt waarbij hoogconjunctuur en laagconjunctuur zich periodiek herhalen door de balans tussen vraag en aanbod. Een van de oorzaken is dat het bouwen van fabrieken tijd kost, zodat de aanpassing van het aanbod achterloopt op veranderingen in de vraag.
SoC (system on chip): LSI waarin alle voor een systeem benodigde functies, zoals CPU, GPU, geheugencontroller en communicatie, op één chip zijn geïntegreerd. Het hart van een smartphone is een typisch voorbeeld.
Wet van Moore: Vuistregel dat het aantal transistors op een geïntegreerde schakeling ongeveer elke twee jaar verdubbelt. Gold als doel voor de miniaturisatie van halfgeleiders.

Geavanceerde technologieën (3D-integratie, chiplets)Vragen over dit onderwerp →

2.5D-integratie: Packagingmethode waarbij meerdere chips naast elkaar op een tussensubstraat zoals een siliciuminterposer worden geplaatst en met fijne bedrading dicht worden verbonden. Wordt gebruikt voor onder meer de verbinding van GPU en HBM.
3D-packaging: Packagingmethode waarbij chips verticaal worden gestapeld en boven en onder via TSV of hybride bonding worden verbonden. De bedrading wordt korter, waardoor het sneller is en minder stroom verbruikt, maar warmteafvoer wordt een uitdaging.
Chiplet: Kleine chip die per functie apart is gemaakt. Meerdere chiplets worden in één package verbonden tot een groter systeem.
CoWoS: 2.5D-verpakkingstechniek van TSMC. Logicachips en HBM worden naast elkaar op een silicium-interposer geplaatst en verbonden; veel gebruikt voor onder meer GPU's voor AI.
HBM (high bandwidth memory): Geheugen waarin meerdere DRAM-dies met TSV's worden gestapeld en dat met een zeer brede bus een hoge bandbreedte levert.
Herbedradingslaag (RDL): Bedradingslaag op het oppervlak van een chip of wafer waarmee de positie van elektroden naar die van de externe aansluitingen wordt geleid. Gebruikt in fan-out-behuizingen en interposers.
Hybride bonding (hybrid bonding): Techniek waarbij koperen elektroden en isolatielagen rechtstreeks aan elkaar worden gehecht, zonder bumps. Maakt een groot aantal verbindingen met zeer kleine pitch mogelijk.
Microbump: Veel kleinere bump dan een gewoon soldeerballetje, gebruikt voor de verbinding tussen met TSV gestapelde chips of tussen chip en interposer. De pitch is enkele tientallen µm.
Silicium-interposer: Silicium tussensubstraat waarop meerdere chips naast elkaar worden geplaatst en met fijne bedrading dicht worden verbonden. Wordt onder meer gebruikt voor de verbinding van GPU en HBM.
TSV (through-silicon via): Elektrode die door het siliciumsubstraat heen loopt. Verbindt gestapelde chips over een korte afstand verticaal met elkaar.
UCIe: Afkorting van Universal Chiplet Interconnect Express. Industriestandaard voor de die-to-die-interface, bedoeld om chiplets van verschillende bedrijven met elkaar te kunnen verbinden.

Datasheets lezenVragen over dit onderwerp →

5V-tolerant: Ingang die 5 V zonder schade verdraagt en zonder dat er stroom naar de voeding vloeit, ook als het IC op 3,3 V of iets dergelijks werkt. Alleen de ingang verdraagt 5 V; het betekent niet dat het IC een 5V-signaal kan uitsturen.
Aanbevolen bedrijfsomstandigheden: Bereik van omstandigheden, zoals voedingsspanning en omgevingstemperatuur, waarbinnen een IC hoort te werken. De min/max-waarden in de tabel met elektrische kenmerken zijn alleen binnen dit bereik gegarandeerd. Voor een 3,3V-component kan de voeding bijvoorbeeld als 3,0 tot 3,6 V zijn gespecificeerd.
Absolute maximumwaarden: Grenswaarden voor spanning, stroom, temperatuur enzovoort die de component kunnen beschadigen of degraderen als ze ook maar even worden overschreden. Binnen deze grenzen blijven garandeert geen correcte werking; normaal gebruik ligt binnen de aanbevolen bedrijfsomstandigheden.
Derating: Componenten met marge onder hun nominale waarden voor spanning, stroom, temperatuur enzovoort gebruiken in plaats van op de volle nominale waarde, om de betrouwbaarheid te verhogen. Gangbare richtlijnen zijn een spanning van hoogstens 70 tot 80% van de nominale waarde, of een junctietemperatuur van hoogstens 125 °C bij een maximum van 150 °C.
Dropoutspanning: Minimaal spanningsverschil tussen ingang en uitgang dat een lineaire regelaar nodig heeft om zijn uitgangsspanning vast te houden. Neemt toe met de uitgangsstroom en meestal met de temperatuur; bij LDO's typisch enkele tientallen tot enkele honderden mV.
Errata: Document met bekende defecten die na levering zijn gevonden, zoals gedrag dat afwijkt van de specificatie, samen met de betrokken chiprevisies, de omstandigheden waaronder ze optreden en workarounds. Wordt geleverd voor complexe IC's zoals microcontrollers en moet vroeg in het ontwerp worden geraadpleegd.
Exposed pad: Groot metalen vlak aan de onderkant van behuizingen zoals QFN, verbonden met de die-pad. Op de printplaat gesoldeerd vormt het de belangrijkste weg voor warmteafvoer; het wordt meestal via thermische via's met kopervlakken in de binnenlagen verbonden.
Ingangsoffsetspanning: Kleine spanning die tussen de ingangen van een op-amp moet worden aangelegd om de uitgang op nul te brengen, veroorzaakt door mismatch tussen interne componenten. Wordt met de versterking van de schakeling vermenigvuldigd tot een uitgangsfout: 2 mV bij een versterking van 100 verschuift de uitgang tot 200 mV.
MSL (vochtgevoeligheidsniveau): Klasse die aangeeft hoe gemakkelijk een SMD-component vocht opneemt, vastgelegd in JEDEC J-STD-020. Bepaalt de toegestane floor life tussen het openen van de vochtwerende zak en reflow: 168 uur bij hoogstens 30 °C/60% RV voor MSL 3. Componenten waarvan de floor life is verstreken, worden vóór montage drooggebakken.
Open-drainuitgang: Uitgang waarbij alleen de drain van de uitgangstransistor naar buiten is gevoerd en alleen het lage niveau actief wordt aangestuurd. Het hoge niveau komt van een externe pull-upweerstand, zodat meerdere uitgangen één lijn kunnen delen of met schakelingen op een andere voedingsspanning kunnen worden verbonden. Wordt bijvoorbeeld gebruikt op I2C-bussen.
Propagatievertraging: Tijd vanaf een verandering aan de ingang tot de resulterende verandering aan de uitgang. Bij logische IC's wordt die gemeten tussen de momenten waarop ingang en uitgang 50% van hun zwaai passeren, en apart gespecificeerd als tPLH (uitgang van laag naar hoog) en tPHL (uitgang van hoog naar laag). Neemt toe met de belastingscapaciteit.
Rail-to-rail: Beschrijft een op-amp of iets dergelijks waarvan het ingangs- of uitgangsbereik tot dicht bij beide voedingsrails reikt. Maakt grote signaalzwaaien mogelijk in schakelingen met een enkele, lage voedingsspanning, al verzadigt de uitgang afhankelijk van de belastingsstroom toch enkele tientallen mV vóór de rails.
Ruismarge: Verschil tussen het spanningsniveau dat een uitgang garandeert en het niveau dat een ingang gegarandeerd correct interpreteert. De marge voor het lage niveau is VIL(max) − VOL(max) en voor het hoge niveau VOH(min) − VIH(min); ruis die kleiner is, leidt niet tot een verkeerde interpretatie.
Ruststroom: Stroom die de interne schakeling van een IC, zoals die van een spanningsregelaar, zelf verbruikt, los van de stroom naar de belasting; geschreven als IQ. Bepaalt het stand-byverbruik van apparatuur op batterijen en varieert per product van minder dan 1 µA tot enkele mA.
Toelaatbare vermogensdissipatie: Maximaal vermogen dat een behuizing mag dissiperen, geschreven als Pd. Wordt bepaald door de maximale junctietemperatuur en de thermische weerstand, en moet boven een bepaalde omgevingstemperatuur (vaak 25 °C) evenredig met de temperatuur worden verlaagd.
Veilig werkgebied: Bereik van combinaties van spanning en stroom waarin een vermogenstransistor zonder schade kan worden gebruikt, afgekort SOA. Wordt weergegeven in een dubbellogaritmische grafiek, met grenzen die worden bepaald door de aan-weerstand, de nominale stroom, de vermogensgrens (thermisch) en de doorslagspanning. De thermische grens wordt ruimer bij kortere pulsbreedtes.

Computersystemen

ComputerarithmetiekVragen over dit onderwerp →

Afronden naar even (round to nearest even): Afrondmethode waarbij naar de dichtstbijzijnde representeerbare waarde wordt afgerond en bij exact halverwege naar de waarde waarvan het minst significante bit even (0) is. Standaardafronding in IEEE 754; de afrondfout is niet eenzijdig gericht.
bfloat16: 16-bits drijvendekommaformaat met 1 tekenbit, 8 exponentbits en 7 mantissebits. Omdat de exponent gelijk is aan die van FP32, is het bereik groot; de precisie is laag, maar het wordt gebruikt voor AI-training. FP16 heeft 5 exponentbits en 10 mantissebits: hogere precisie maar smaller bereik.
Booth-algoritme: Vermenigvuldigingsmethode waarbij de bitreeks van de vermenigvuldiger in groepjes van bijvoorbeeld 2 bits wordt verdeeld en door cijfers met teken wordt vervangen, om het aantal partiële producten te verminderen. Bij radix-4-Booth wordt het aantal partiële producten ongeveer gehalveerd.
Cancellation (verlies van significantie): Verschijnsel waarbij bij het aftrekken van twee bijna gelijke getallen de hoogste cijfers elkaar opheffen en het aantal significante cijfers sterk afneemt. Het aandeel van de afrondfouten in de oorspronkelijke getallen wordt relatief groot. Wordt vermeden door de formule om te vormen.
Carry-lookahead-opteller: Opteller die de overdracht (carry) parallel bepaalt uit het generatiesignaal g = a·b en het propagatiesignaal p = a ⊕ b van elke positie, zonder te wachten op doorgifte van lagere posities. De vertraging blijft klein, ook bij veel bits.
Carry-save-opteller (CSA): Opteller die drie getallen zonder carry-doorgifte samenvat tot twee getallen, een 'som' en een 'carry'. Het is simpelweg een rij volledige optellers per cijfer, dus de vertraging is constant; gebruikt in vermenigvuldigers om veel partiële producten op te tellen.
Exponent: Bitreeks in een zwevendekommagetal die aangeeft met welke macht van 2 wordt vermenigvuldigd. Om ook negatieve exponenten te kunnen weergeven wordt de werkelijke exponent plus een bias (127 bij enkele precisie) opgeslagen.
FMA (fused multiply-add): Bewerking die a × b + c met één instructie berekent en alleen aan het eind één keer afrondt, zonder het tussenproduct af te ronden. Sneller en met een kleinere fout dan vermenigvuldigen en optellen apart. Veel gebruikt bij onder meer matrixberekeningen.
FP8: Zwevendekommaformaat van 8 bits. Er zijn E4M3 (4 bits exponent, 3 bits mantisse) en E5M2 (5 bits exponent, 2 bits mantisse), die naar behoefte voor precisie of bereik worden gekozen. Gebruikt om training en inferentie van AI sneller en zuiniger te maken.
Gedenormaliseerd getal (subnormaal getal): Drijvendekommagetal waarvan alle exponentbits 0 zijn; het veronderstelt geen voorloop-1 en stelt getallen voor die kleiner zijn dan genormaliseerde getallen, dicht bij 0. Verbindt geleidelijk met 0 (gradual underflow), zodat uit x − y = 0 volgt dat x = y.
IEEE 754: Internationale norm die de weergave van drijvendekommagetallen en de rekenregels vastlegt. Definieert formaten zoals enkele precisie (32 bits) en dubbele precisie (64 bits), afrondmethoden en speciale waarden zoals oneindig en NaN, zodat rekenresultaten op elke computer gelijk zijn.
Informatieverlies (absorptie): Verschijnsel waarbij bij het optellen van twee getallen met sterk verschillende absolute waarde de laagste cijfers van het kleinere getal niet meer in de mantisse passen en verloren gaan. Een probleem bij het optellen van veel kleine waarden.
INT8: Geheel getal van 8 bits met teken (−128 tot 127). Bij AI-inferentie leiden het omzetten (kwantiseren) van gewichten en activaties naar INT8 met een schaalfactor tot sterk lagere reken- en geheugenlast, en kleine gehele-getalschakelingen kunnen het snel verwerken.
Machine-epsilon: Verschil tussen 1 en het eerstvolgende grotere representeerbare zwevendekommagetal. Maat voor de relatieve nauwkeurigheid van zwevendekommagetallen: 2⁻²³ (circa 1,19 × 10⁻⁷) bij enkele precisie en 2⁻⁵² (circa 2,2 × 10⁻¹⁶) bij dubbele precisie.
Mantisse (significand): In een drijvendekommagetal de bitreeks die het gedeelte met de significante cijfers weergeeft. Bij genormaliseerde getallen wordt de voorste 1 niet opgeslagen, zodat bij enkele precisie 23 opgeslagen bits een precisie van 24 bits geven.
NaN: Afkorting van Not a Number: bijzondere waarde in drijvende komma die ontstaat bij bewerkingen waarvan het resultaat geen getal is, zoals 0 ÷ 0 of de wortel uit een negatief getal. Wordt weergegeven met een exponent met alleen enen en een mantisse ongelijk aan 0; twee NaN's zijn bij vergelijking niet gelijk.
Rekenkundige shift (arithmetic shift): Bij het naar rechts schuiven van een geheel getal met teken de methode waarbij het tekenbit in de vrijgekomen hogere bits wordt gekopieerd. Een negatief getal 1 bit naar rechts schuiven geeft de waarde gedeeld door 2, naar beneden afgerond. Nullen invoegen is een logische shift.
Vaste komma (fixed-point): Methode waarbij de positie van de komma vooraf is vastgelegd en breuken met dezelfde bitreeksen als gehele getallen worden weergegeven. Berekening met gehele-getalcircuits, klein circuit en laag vermogen, maar beperkt bereik. Soms uitgedrukt met het aantal fractiebits, zoals Q15.
Verzadigingsrekenkunde (saturating arithmetic): Rekenkunde waarbij, als het resultaat buiten het representeerbare bereik valt, de waarde bij het maximum of minimum blijft in plaats van met overflow naar de andere kant om te slaan. Gebruikt in audio- en beeldsignaalverwerking om grote fouten te voorkomen.
Wallace-tree: Opzet in een vermenigvuldiger waarbij veel partiële producten parallel worden gereduceerd met een boom van carry-save-optellers. Het aantal trappen is ongeveer logaritmisch in het aantal bits, dus wordt het gebruikt voor snelle vermenigvuldigers. Ten slotte worden twee getallen met een gewone opteller opgeteld.

Instructieset en assemblyVragen over dit onderwerp →

Aanroepconventie (calling convention): Afspraak over in welke registers of op welke stack argumenten en returnwaarden worden doorgegeven en wie welke registers bewaart bij een functieaanroep. Een belangrijk onderdeel van de ABI.
ABI (application binary interface): Afspraken op machinetaalniveau waarmee gecompileerde programma's en bibliotheken samen kunnen werken. Omvat onder meer de aanroepconventie, de grootte en uitlijning van gegevenstypen en de manier waarop systeemaanroepen worden gedaan.
Adresseringsmodus: Manier waarop een instructie het adres van data of een sprongdoel aanduidt. Voorbeelden: onmiddellijke waarde, register, basisregister + offset en PC-relatief.
Assembler: Software die een programma in assembleertaal omzet in bitreeksen van machinetaalinstructies. Zet labels om in adressen en vervangt pseudo-instructies door echte instructies.
Bladfunctie (leaf function): Functie die geen andere functies aanroept. Het terugkeeradres wordt niet overschreven, dus opslaan is niet nodig en vaak is geen stackframe nodig.
Branch delay slot: ISA-regel dat de instructie direct na een sprong altijd wordt uitgevoerd, ongeacht of er wordt gesprongen. Kwam voor in onder meer het oude MIPS, maar omdat het pipelinebeperkingen in de ISA bracht, werd het een rem op latere ontwerpen.
Callee-saved register: Register waarvan de waarde gegarandeerd behouden blijft over een functieaanroep heen. Als de aangeroepen functie het gebruikt, moet die het opslaan en vóór het terugkeren herstellen. Bij RISC-V zijn dat s0 tot en met s11.
Caller-saved register: Register dat de aangeroepen functie vrij mag overschrijven. Als de waarde na de aanroep nog nodig is, slaat de aanroeper die vooraf op. In RISC-V zijn dit t0 tot t6 en a0 tot a7.
Conditiecode (condition code): Vlaggen die na een vergelijking of bewerking aangeven of het resultaat nul, negatief, carry of overflow is. Voorwaardelijke sprongen in x86 en ARM kijken hiernaar. RISC-V heeft geen conditiecodes.
Frame pointer: Register dat bij het binnengaan van een functie naar de stackpositie blijft wijzen en niet meer verandert. In RISC-V is dat s0 (fp). Lokale variabelen zijn op vaste afstand te adresseren en de aanroepketen is gemakkelijker te volgen.
Gecomprimeerde instructies: Veelgebruikte instructies weergegeven met minder bits dan normaal. De C-extensie van RISC-V voegt 16-bits instructies toe en verkleint de code met ongeveer 25 tot 30%.
Immediate (directe waarde): Constante die rechtstreeks in een instructie is ingebed. Bij addi in RISC-V is het een 12-bits geheel getal met teken, dat vóór gebruik teken-uitgebreid wordt.
Load-store-architectuur: ISA-methode waarbij alleen load- en store-instructies het geheugen lezen en schrijven en bewerkingen zoals optellen tussen registers plaatsvinden. Toegepast door RISC-V en ARM; de uniforme instructievorm maakt pipelining eenvoudig.
Micro-operatie: Eenvoudige bewerking waarin de CPU een instructie intern opdeelt. Ook geschreven als μop. x86-CPU's splitsen complexe instructies in μops en voeren ze uit op een snelle manier die lijkt op RISC.
PC-relatieve adressering: Methode om het doeladres van een sprong of gegevens uit te drukken als afstand tot het adres van de huidige instructie (PC). De afstand verandert niet waar het programma ook staat, dus vormt dit de basis voor positie-onafhankelijke code.
Pseudo-instructie: Wordt in assembly als een instructie geschreven, maar door de assembler vervangen door een of meer echte instructies. Voorbeelden bij RISC-V zijn nop, mv, li, j en ret.
Retouradres: Adres waarnaar wordt teruggekeerd wanneer een functie klaar is. In RISC-V zet de jal-instructie het adres van de volgende instructie in ra (x1); in x86 zet de call-instructie het op de stack.
Stackframe: Gebied dat bij elke functieaanroep op de stack wordt gereserveerd. Bevat het terugkeeradres, opgeslagen registers, lokale variabelen en dergelijke en wordt bij het terugkeren uit de functie vrijgegeven.
Stackpointer: Register dat wijst naar het adres van de huidige top van de stack. In RISC-V is dit sp (x2). In veel ISA's groeit de stack naar lagere adressen.
Tekenextensie (sign extension): Het kopiëren van het meest significante bit (teken) naar alle hogere posities bij het uitbreiden van een geheel getal met teken naar meer bits. De waarde blijft daarbij gelijk. Opvullen van de bovenste bits met 0 heet zero extension.

CompilersVragen over dit onderwerp →

Abstracte syntaxisboom (AST): Weergave van de structuur van een programma als een boom met bewerkingen en instructies als knopen. Betekenisloze informatie zoals haakjes en scheidingstekens wordt weggelaten, en de voorrang van operatoren komt tot uiting in de vorm van de boom.
Basic block: Reeks instructies zonder instap- of uitstappunt voor vertakkingen halverwege, die altijd van begin tot eind achtereen wordt uitgevoerd. Vormt een knoop in de control-flowgraaf en is ook de eenheid voor optimalisatie binnen het blok.
Common subexpression elimination: Optimalisatie waarbij een uitdrukking die telkens dezelfde waarde oplevert slechts één keer wordt berekend en het resultaat wordt hergebruikt. Wordt gedaan nadat is vastgesteld dat de operanden van de uitdrukking tussendoor niet veranderen.
Constant folding: Optimalisatie waarbij expressies waarvan de waarde al bij het compileren vaststaat vooraf worden berekend en door de resulterende constante worden vervangen. Zo wordt 3 * 4 bijvoorbeeld 12. Vermindert berekeningen tijdens de uitvoering.
Control-flow-graaf (CFG): Graaf die de uitvoeringsstroom van een programma weergeeft, met basisblokken als knopen en vertakkingen en overgangen tussen blokken als pijlen. Gebruikt voor het opsporen van lussen en voor data-flowanalyse.
Inlining: Optimalisatie waarbij een functieaanroep wordt vervangen door de body van de aangeroepen functie. De overhead van de aanroep vervalt en andere optimalisaties werken beter, maar de code wordt groter.
Instructiescheduling: Optimalisatie waarbij de volgorde van instructies wordt herschikt zonder het resultaat te veranderen, zodat wachttijden van berekeningen en geheugen worden opgevuld met de uitvoering van onafhankelijke instructies.
Intermediaire representatie (IR): Weergave van een programma binnen de compiler in een vorm die onafhankelijk is van zowel de brontaal als de CPU. Veel optimalisaties vinden hierop plaats, zodat de taalspecifieke voorkant en de CPU-specifieke achterkant gescheiden kunnen worden.
JIT-compilatie (just-in-time): Methode waarbij tijdens de uitvoering van het programma vaak uitgevoerde delen naar machinecode worden gecompileerd. Maakt optimalisatie op basis van runtime-informatie mogelijk. Wordt gebruikt in onder meer Java- en JavaScript-runtimes.
Lexicale analyse: Eerste fase van een compiler, waarin de tekenreeks van de broncode wordt opgedeeld in tokens (woorden) zoals identifiers, getallen, operatoren en gereserveerde woorden. Witruimte en commentaar worden hier ook verwijderd.
LLVM: Compilerinfrastructuur rond een gemeenschappelijke tussenrepresentatie (LLVM IR), waarin een front-end per taal, optimalisatiefasen en een back-end per CPU kunnen worden gecombineerd. Wordt voor veel talen en CPU's gebruikt.
Loop unrolling: Optimalisatie waarbij de lusinhoud meerdere keren achter elkaar wordt geschreven om het aantal iteraties te verminderen. Er is minder werk voor sprongen en het controleren van het aantal, en instructies zijn gemakkelijker te herschikken, maar de code wordt groter.
Registertoewijzing (register allocation): Compilerstap die variabelen en tussenwaarden van het programma toewijst aan een beperkt aantal CPU-registers. Wordt bepaald met onder meer het kleuren van een interferentiegraaf, zodat tegelijk gebruikte waarden niet in hetzelfde register komen.
Spill: Bij registertoewijzing het tijdelijk naar het geheugen (stack) wegschrijven van een deel van de waarden wanneer er meer waarden tegelijk in gebruik zijn dan er registers zijn. Het aantal opslag- en laadinstructies neemt toe, waardoor het langzamer wordt.
SSA-vorm (static single assignment): Vorm van een tussenrepresentatie waarin variabelen zo zijn hernoemd dat elke variabele in het programma precies één keer een waarde krijgt. Op samenvoegpunten wordt met een φ-functie een waarde gekozen. De relatie tussen definitie en gebruik is duidelijk, wat optimaliseren vergemakkelijkt.
Strength reduction: Optimalisatie waarbij een zware bewerking zoals vermenigvuldigen wordt vervangen door een lichtere zoals optellen of shiften. Bijvoorbeeld in plaats van i * 4 in elke lusiteratie te berekenen, steeds 4 erbij optellen.
Syntactische analyse (parsing): Fase van de compiler die controleert of de reeks tokens past bij de grammatica van de taal en de structuur van het programma als een boom opbouwt. Grammaticafouten worden hier gevonden.
Vectorisatie: Optimalisatie die dezelfde berekening die in een lus per element wordt gedaan omzet in een vorm die met SIMD-instructies meerdere elementen tegelijk verwerkt. Voorwaarde is dat er tussen de iteraties geen datafhankelijkheid is.

Linker, loader en uitvoerbare formatenVragen over dit onderwerp →

ASLR: Afkorting van Address Space Layout Randomization. Maatregel die de adressen van stack, heap, gedeelde bibliotheken en het uitvoerbare bestand bij elke uitvoering verandert, zodat aanvallers de adressen moeilijker kunnen voorspellen.
BSS-sectie: Gebied voor globale en statische variabelen zonder beginwaarde (of met waarde 0). In het bestand wordt alleen de grootte vastgelegd en bij het laden wordt het met nullen gevuld, zodat het uitvoerbare bestand niet groter wordt.
Dynamisch linken: Methode waarbij gedeelde bibliotheken tijdens runtime worden geladen en gekoppeld. Bibliotheken kunnen tussen processen worden gedeeld en correcties werken door bij vervanging, maar er is een bibliotheek nodig die bij de uitvoeringsomgeving past.
Dynamische linker: Software die bij het starten van een dynamisch gelinkt programma gedeelde bibliotheken zoekt en laadt, relocatie en symboolkoppeling uitvoert en daarna het programma laat starten. Bijvoorbeeld ld.so in Linux.
ELF: Afkorting van Executable and Linkable Format. Bestandsformaat voor objectbestanden, uitvoerbare bestanden en gedeelde bibliotheken op UNIX-achtige besturingssystemen zoals Linux en op embedded apparaten.
Entry point: Adres waar de uitvoering van een programma begint. Wordt vastgelegd in de ELF-header. In C is dat meestal niet main maar opstartcode zoals _start, die initialiseert en daarna main aanroept.
Fragmentatie: Verschijnsel waarbij door herhaald reserveren en vrijgeven het vrije geheugen in kleine stukken uiteenvalt, zodat een groot aaneengesloten gebied niet meer kan worden gereserveerd ook al is de totale hoeveelheid voldoende.
Gedeelde bibliotheek (shared library): Bibliotheek die bij dynamisch linken tijdens runtime wordt geladen. .so in Linux, .dll in Windows. Gemaakt met positie-onafhankelijke code, zodat de codepagina's door veel processen kunnen worden gedeeld.
GOT (global offset table): Tabel met de werkelijke adressen van externe variabelen en functies. De dynamische linker vult deze tijdens runtime in en positie-onafhankelijke code verwijst via deze tabel, zodat de codepagina's niet hoeven te worden aangepast.
Heap: Geheugengebied waaruit tijdens het draaien van een programma met onder meer malloc geheugen van de benodigde grootte wordt gereserveerd en met free weer wordt teruggegeven. Herhaald reserveren en vrijgeven kan fragmentatie veroorzaken.
Linker: Software die meerdere objectbestanden en bibliotheken samenvoegt, symbolen oplost en relocatie uitvoert om een uitvoerbaar bestand of gedeelde bibliotheek te maken.
Linkerscript: Bestand dat de linker instrueert op welke geheugenadressen elke sectie wordt geplaatst. Wordt bij embedded-ontwikkeling gebruikt om de plaatsing in flash en RAM en het adres van de interruptvector te bepalen.
Loader: OS-functie die een uitvoerbaar bestand in het geheugen laadt, de delen met rechten plaatst, argumenten op de stack klaarzet en het programma start.
Name mangling: Het vormen van symboolnamen door een C++-compiler door informatie over argumenttypen en namespaces in de functienaam op te nemen. Hierdoor kan de linker overloaded functies onderscheiden.
Objectbestand: Bestand dat de compiler uit één bronbestand genereert. Bevat machinecode, beginwaarden van gegevens, de symbooltabel en herlocatie-informatie, maar de adressen van andere bestanden zijn nog niet vastgelegd en zonder linken kan het niet worden uitgevoerd.
PIE (position-independent executable): Uitvoerbaar bestand waarvan ook het hoofdprogramma uit positie-onafhankelijke code bestaat. Het werkt waar het ook wordt geladen, dus met ASLR kunnen ook de adressen van de hoofdcode willekeurig worden gemaakt.
PLT (procedure linkage table): Tabel met kleine ingangen om functies van gedeelde bibliotheken aan te roepen. Bij lazy binding lost de dynamische linker bij de eerste aanroep het adres op en schrijft het in de GOT.
Positie-onafhankelijke code (PIC): Machinecode die op elk geheugenadres kan worden geladen en werken zonder de code aan te passen. Gebruikt PC-relatieve verwijzingen en de GOT, en wordt toegepast in gedeelde bibliotheken en PIE.
Relocatie (relocation): Verwerking waarbij, nadat de definitieve adressen van code en gegevens vaststaan, voorlopige adressen in instructies en gegevens door de juiste waarden worden vervangen. Wordt door de linker gedaan; bij dynamisch linken wordt een deel tijdens runtime door de dynamische linker gedaan.
Statisch linken: Methode waarbij de code van gebruikte bibliotheken in het uitvoerbare bestand wordt gekopieerd en samengevoegd. Werkt ook als de bibliotheek in de uitvoeringsomgeving ontbreekt, maar het bestand wordt groot en wijzigingen aan de bibliotheek worden pas na opnieuw bouwen doorgevoerd.
Statische bibliotheek: Archief waarin veel objectbestanden zijn samengevoegd (.a onder Linux). Bij statisch linken haalt de linker alleen de benodigde objecten eruit en neemt die op in het uitvoerbare bestand.
Symboolresolutie: Stap van de linker waarbij de naam van een functie of variabele waarnaar in een bestand wordt verwezen, wordt gekoppeld aan de definitie ergens anders. Zonder definitie volgt een fout door een ongedefinieerde referentie, bij twee of meer een fout door meervoudige definitie.
Symbooltabel: Lijst in object- en uitvoerbare bestanden met namen van functies en variabelen en bijbehorende adressen. Wordt gebruikt voor linken en debuggen en kan met strip worden verwijderd.
Zwak symbool (weak symbol): Reservedefinitie die wordt vervangen als er een gewone (sterke) definitie met dezelfde naam bestaat. Bij embedded wordt dit gebruikt voor onder meer de standaardafhandeling van interrupthandlers.

Besturingssysteem en hardwareVragen over dit onderwerp →

Apparaatstuurprogramma (device driver): Onderdeel van het besturingssysteem om een bepaald randapparaat aan te sturen. Verzorgt het bedienen van de registers van het apparaat en de afhandeling van interrupts en laat applicaties het apparaat via een gemeenschappelijke procedure gebruiken.
ASID (address space identifier): Nummer bij elke ingang van de TLB dat aangeeft voor de adresruimte van welk proces de vertaling geldt. Bij het wisselen van proces hoeft de TLB niet geheel te worden gewist, waardoor er na het wisselen minder TLB-missers zijn.
Bevoorrechte modus (privileged mode): CPU-modus die alleen de OS-kernel kan gebruiken. Hierin kunnen gevaarlijke instructies worden uitgevoerd, zoals het instellen van paginatabellen en I/O-bewerkingen; onderscheiden van de gebruikersmodus waarin applicaties draaien.
Contextwissel (context switch): Het omschakelen van het proces of de thread dat de CPU uitvoert. De toestand zoals registers en programmateller wordt opgeslagen en hersteld; bij een proceswissel wordt ook de adresruimte omgeschakeld.
Copy-on-write: Methode waarbij gekopieerd geheugen in eerste instantie met het origineel wordt gedeeld en alleen die pagina wordt gekopieerd wanneer een van beide erin probeert te schrijven. Maakt het aanmaken van processen sneller en bespaart geheugen.
Demand paging: Methode waarbij niet alle pagina's van een programma meteen worden geladen, maar pas in het fysieke geheugen worden gelezen wanneer er voor het eerst toegang is en een paginafout optreedt. Snelle start en geheugenbesparing voor ongebruikte delen.
Geneste paginering (nested paging): Methode waarbij de hardware achtereenvolgens twee niveaus van paginatabellen doorloopt: de vertaling die door het besturingssysteem van de virtuele machine wordt beheerd en die van de hypervisor. Verlaagt de tussenkomst van de hypervisor en versnelt virtualisatie.
Hypervisor: Software om meerdere virtuele machines op één computer te laten draaien. Verdeelt CPU, geheugen en apparaten over het OS van elke virtuele machine en isoleert ze van elkaar. Ook virtual machine monitor genoemd.
Interrupt handler: Verwerking die de CPU uitvoert wanneer een interrupt of exception optreedt. Slaat de toestand van de onderbroken verwerking op, handelt af wat bij de oorzaak hoort en keert terug naar de oorspronkelijke verwerking. Het uitgangspunt is de verwerking zo kort mogelijk te houden.
Interruptvectortabel: Tabel met per type interrupt of exceptie het beginadres van de bijbehorende interrupt-handler. De CPU raadpleegt deze tabel met het nummer van de oorzaak om de startpositie van de verwerking te bepalen.
IOMMU: Apparaat dat de adressen die randapparatuur via DMA gebruikt naar fysieke adressen vertaalt en zo beschermt. Voorkomt dat een apparaat naar niet-toegestaan geheugen schrijft en wordt ook gebruikt bij het toewijzen van apparaten aan virtuele machines.
Memory-mapped I/O: Methode waarbij de registers van randapparatuur aan specifieke adressen in dezelfde adresruimte als het geheugen worden toegewezen en met gewone lees- en schrijfinstructies worden bediend. Dat gebied wordt als niet-cachebaar ingesteld.
NMI (non-maskable interrupt): Interrupt die altijd wordt geaccepteerd, ongeacht de instelling die interrupts uitschakelt. Wordt gebruikt om onder meer onherstelbare geheugenfouten, ernstige hardwarestoringen en watchdogs te melden.
Page fault: Exception die de CPU veroorzaakt wanneer de benaderde pagina niet aan fysiek geheugen is toegewezen of er een niet toegestane soort toegang plaatsvindt. Het besturingssysteem maakt de pagina beschikbaar en voert de instructie opnieuw uit, of behandelt het als een ongeldige toegang.
Paginatabel: Tabel met de toewijzing van paginanummers van virtuele adressen aan paginanummers van fysieke adressen. Wordt per proces door het besturingssysteem gemaakt en door de MMU van de CPU gebruikt om adressen te vertalen. Elke ingang bevat ook bits voor beveiliging.
Systeemaanroep (system call): Mechanisme waarmee een applicatie het besturingssysteem vraagt om bijvoorbeeld bestanden te lezen of te schrijven of geheugen toe te wijzen. Met een speciale instructie wordt een exceptie opgewekt, naar de bevoorrechte modus geschakeld en de kernelcode aangeroepen.
Thrashing: Toestand waarbij door gebrek aan fysiek geheugen pagina's voortdurend worden uit- en ingeladen en de verwerking vrijwel niet vordert. Is te verhelpen door minder processen uit te voeren of meer geheugen te plaatsen.
TLB-shootdown: Verwerking in een multiprocessor waarbij, na een wijziging van de paginatabel, verouderde vertalingen in de TLB's van andere cores worden gewist. Het kan via interprocessor-interrupts aan elke core worden gevraagd of via een instructie die de ongeldigverklaring naar alle cores doorgeeft; het kost tijd.

Geheugenhiërarchie en prestatiesVragen over dit onderwerp →

Cacheregel (cache line): Eenheid waarin data tussen de cache en het onderliggende niveau worden gelezen en geschreven. Ook cacheblok genoemd. Bij veel CPU's 64 byte, waarbij de laagste adresbits de positie (offset) binnen de regel aangeven.
Capaciteitsmiss (capacity miss): Cachemiss die optreedt doordat de door het programma gebruikte gegevens (de working set) groter zijn dan de capaciteit van de cache. Komt ook bij fully associative voor en kan worden verminderd met een grotere cache of meer hergebruik van gegevens.
Compulsory miss: Cachemiss die onvermijdelijk optreedt omdat voor het eerst toegang tot de data wordt gevraagd. Ook initiële-referentiemiss genoemd. Neemt niet af door een grotere cache, maar wel door grotere regels of prefetching.
Conflictmiss (conflict miss): Cachemiss die optreedt doordat meerdere gegevens om dezelfde set strijden en elkaar verdringen, terwijl er voldoende capaciteit is. Ook botsingsmiss genoemd. Is te verminderen door de associativiteit te verhogen of de gegevensplaatsing te verschuiven.
Direct-mapped cache: Cacheorganisatie waarin voor de data van elk adres precies één plek in de cache is vastgelegd. Eenvoudig circuit en korte hit-tijd, maar conflictmisses doordat adressen om dezelfde plek strijden komen vaak voor.
Fully associative: Cache-opbouw waarin elk gegeven op elke plaats in de cache kan staan. Er zijn geen conflictmissers, maar alle tags moeten worden vergeleken, waardoor het niet geschikt is voor grote caches. Wordt gebruikt in onder meer de TLB.
Gemiddelde geheugentoegangstijd (AMAT): Gemiddelde tijd van één geheugentoegang. Berekend als hittijd + missratio × misstraffe en een basismaat om de prestaties van caches te vergelijken.
Loop blocking (tiling): Optimalisatie waarbij een grote array in kleine blokken wordt verdeeld die in de cache passen, zodat ingelezen gegevens meermaals worden gebruikt voordat ze worden verdrongen. Heeft veel effect bij onder meer matrixproducten.
LRU (least recently used): Vervangingsbeleid van de cache dat de data verwijdert die het langst niet zijn gebruikt. Benut temporele lokaliteit goed, maar exact bijhouden is bij veel ways lastig, daarom worden benaderingen gebruikt.
Miss penalty: Extra tijd die nodig is om bij een cachemiss data uit het onderliggende niveau op te halen. Wordt bepaald door de toegangstijd van het onderliggende niveau en de overdrachtstijd van de regel.
Non-blocking cache: Cache die ook tijdens het afhandelen van een cachemiss andere toegangen accepteert en verwerkt. Kan meerdere missers tegelijk afhandelen en verbergt zo geheugenwachttijden door ze te laten overlappen.
Prefetching: Gegevens die binnenkort waarschijnlijk nodig zijn al vóór de aanvraag in de cache laden. Er is een hardwaremethode waarbij de hardware regelmaat in de toegangen herkent en een softwaremethode waarbij dit met instructies wordt aangegeven.
Ruimtelijke lokaliteit (spatial locality): Eigenschap dat na toegang tot een bepaald adres er snel ook toegang tot nabijgelegen adressen is. Een voorbeeld is het achtereenvolgens lezen van een array; dit is de reden dat per cacheline in één keer wordt ingelezen.
Set-associatief: Cache-organisatie waarbij gegevens op elke van meerdere plaatsen (ways) binnen één, uit het adres bepaalde set kunnen worden geplaatst. Bij n ways worden bij elke toegang n tags parallel vergeleken.
Temporele lokaliteit: Eigenschap dat gegevens of instructies die één keer zijn benaderd, binnenkort waarschijnlijk opnieuw worden benaderd. Een voorbeeld zijn variabelen die herhaaldelijk in een lus worden gebruikt; een van de redenen waarom caches werken.
Write-allocate: Methode waarbij bij een cachemiss bij schrijven de regel eerst in de cache wordt ingelezen en daarna wordt beschreven. Wordt vaak gecombineerd met write-back. De methode die rechtstreeks naar het onderliggende niveau schrijft zonder in te lezen heet no-write-allocate.
Write-through: Methode waarbij tegelijk met het schrijven naar de cache ook naar het onderliggende niveau (zoals het hoofdgeheugen) wordt geschreven. Het onderliggende niveau blijft altijd actueel, maar er is veel schrijfverkeer, dus wordt het met een schrijfbuffer gecombineerd.

Multicore en synchronisatieVragen over dit onderwerp →

ABA-probleem: Probleem waarbij een waarde van A naar B en weer terug naar A verandert en een CAS die alleen de waarde vergelijkt de wijziging niet opmerkt en toch slaagt. Vraagt aandacht bij lock-free datastructuren.
Acquire-release: Ordeningsgarantie dat bewerkingen na een acquire niet voor de acquire worden verplaatst en bewerkingen voor een release niet na de release. Gebruikt bij het nemen en vrijgeven van locks en lichter dan een volledige barrière.
Atomaire instructie: Instructie die lezen en schrijven van het geheugen uitvoert als één bewerking die niet door andere cores kan worden onderbroken. Voorbeelden: CAS, fetch-and-add en LR/SC.
Barrièresynchronisatie: Synchronisatie waarbij threads die eerder aankomen moeten wachten tot alle threads dat punt hebben bereikt. Brengt iedereen per fase in de pas. Iets anders dan een geheugenbarrière.
Compare-and-swap: Atomaire instructie die alleen een nieuwe waarde schrijft als de waarde in het geheugen gelijk is aan de verwachte waarde. Ook CAS genoemd. Bij falen wordt opnieuw gelezen en herhaald in een lus, zodat updates zonder lock mogelijk zijn.
Conditievariabele: Synchronisatiemechanisme dat een thread laat slapen tot aan een voorwaarde is voldaan en door een melding van een andere thread wakker maakt. Na het wakker worden wordt de voorwaarde opnieuw gecontroleerd.
Data race: Situatie waarin meerdere threads zonder synchronisatie tegelijk dezelfde variabele benaderen en minstens één daarvan schrijft. Het resultaat verschilt per uitvoering. In C en C++ is het ongedefinieerd gedrag.
Deadlock: Toestand waarin meerdere threads elk een resource vasthouden en wachten op resources van de andere threads, zodat niemand verder kan. Wordt voorkomen door een globale volgorde voor het nemen van locks af te spreken.
Directorygebaseerde coherentie (directory-based): Coherentiemethode waarbij in een tabel wordt vastgelegd welke core elke regel bezit en alleen de betrokken cores worden geïnformeerd. Gebruikt in systemen met veel cores.
False sharing: Verschijnsel waarbij afzonderlijke threads verschillende variabelen wijzigen, maar die in dezelfde cacheregel liggen, zodat de regel tussen cores heen en weer gaat en het traag wordt.
Geheugenbarrière (memory barrier): Instructie die garandeert dat geheugenbewerkingen vóór de barrière eerder voor andere cores zichtbaar zijn dan bewerkingen erna. Ook fence genoemd, zoals fence in RISC-V.
Geheugenconsistentiemodel (memory consistency model): Afspraak die vastlegt in welke volgorde lees- en schrijfacties van een core op meerdere adressen voor andere cores zichtbaar kunnen zijn. Voorbeelden zijn sequentiële consistentie, TSO van x86 en de zwakke modellen van ARM en RISC-V.
Kritieke sectie (critical section): Deel van een programma dat gedeelde gegevens bewerkt en waarin maar één thread tegelijk mag draaien. Wordt met onder meer een lock beschermd en zo kort mogelijk gehouden.
Lees-schrijflock (read-write lock): Lock waarin willekeurig veel threads die alleen lezen tegelijk mogen binnenkomen, maar een schrijvende thread de enige is en niemand anders erbij mag.
Lock-free: Eigenschap van een algoritme dat, ook als een thread halverwege stilvalt, minstens één van de andere threads vooruitgang kan boeken. Wordt gebouwd met atomaire instructies zoals CAS.
LR/SC: Paar instructies: load-reserved (LR) en store-conditional (SC). Ook LL en SC genoemd. Als na LR een andere core naar dat adres schrijft, mislukt SC, waardoor atomaire updates kunnen worden gebouwd.
MESI-protocol: Coherentieprotocol dat elke cacheregel in een van vier toestanden beheert: Modified, Exclusive, Shared en Invalid. Bij schrijven worden de kopieën in andere cores ongeldig gemaakt.
Mutex: Lock die slechts door één thread tegelijk kan worden vastgehouden. Gangbare implementatie: een thread die de lock niet kan krijgen gaat slapen en geeft de CPU af, en het besturingssysteem wekt hem wanneer de lock vrijkomt.
NUMA: Afkorting van Non-Uniform Memory Access. Opzet waarin sommige geheugens dicht bij een core liggen en andere ver weg, en toegang tot ver geheugen meer tijd kost. Het is sneller als gegevens en threads aan dezelfde kant staan.
Semafoor: Synchronisatiemechanisme met een teller voor het resterende aantal. Vóór gebruik wordt 1 afgetrokken (bij 0 wordt gewacht) en na gebruik 1 opgeteld. Wordt gebruikt voor het beheer van middelen waarvan er een vast aantal tegelijk gebruikt kan worden.
Sequentiële consistentie (sequential consistency): Het meest intuïtieve geheugenconsistentiemodel: alle bewerkingen van alle cores worden in één volgorde gezet, en de bewerkingen van elke core lijken in programmavolgorde te gebeuren.
Snooping: Coherentiemethode waarbij elke cache de lees- en schrijfacties van andere cores op een gedeelde bus e.d. afluistert en de toestand van de eigen regels aanpast. Geschikt bij een klein aantal cores.
Spinlock: Lock waarbij wordt gewacht door in een lus de lockvariabele te blijven controleren tot de lock vrij is. Snel als de wachttijd kort is, maar de CPU blijft ook tijdens het wachten in gebruik.
Store buffer: Kleine buffer waarin een core schrijfacties tijdelijk verzamelt. Het kan naar de volgende instructie gaan zonder te wachten op de voltooiing van het schrijven, maar voor andere cores lijkt het schrijven vertraagd.
Transactional memory: Mechanisme dat een kritieke sectie speculatief uitvoert en, als er geen conflict is, in één keer vastlegt, en bij een conflict ongedaan maakt en opnieuw uitvoert.
TSO (total store order): Geheugenconsistentiemodel van x86. Staat alleen toe dat een leesactie van een ander adres na een schrijfactie die schrijfactie inhaalt. Model dat het bestaan van een store buffer weergeeft.

GPU-programmerenVragen over dit onderwerp →

Bankconflict: Bij gedeeld geheugen het verschijnsel dat meerdere threads van een warp tegelijk verschillende adressen in dezelfde bank benaderen, waardoor de toegangen na elkaar worden uitgevoerd en het traag wordt. Is te vermijden met padding.
Constant memory: Klein gebied op de GPU voor waarden die tijdens de uitvoering van de kernel niet worden gewijzigd. Is snel wanneer alle threads van een warp hetzelfde adres lezen, omdat één leesactie naar iedereen wordt verspreid.
CUDA: Programmeermodel voor algemene berekeningen op NVIDIA-GPU's. Kernels worden geschreven in een uitbreiding van C++ en parallellisme wordt uitgedrukt in de hiërarchie grid, block en thread.
Gemengde precisie (mixed precision): Het gebruik van getallen met verschillende precisie voor verschillende delen van een berekening. Vermenigvuldigen gebeurt in bijvoorbeeld FP16 en accumuleren in FP32, zodat snelheid en nauwkeurigheid samengaan.
GPU-kernel: Functie die door veel threads tegelijk op de GPU wordt uitgevoerd. Wordt gestart vanuit het programma aan de CPU-kant en elke thread kiest met zijn eigen nummer de data waarvoor hij verantwoordelijk is. Iets anders dan de kernel van een OS.
Grid-stride loop: Manier om een kernel te schrijven met een lus waarin elke thread elementen verwerkt op afstanden van het totale aantal threads. Maakt het aantal gestarte threads onafhankelijk van het aantal elementen.
Latentieverberging (latency hiding): Ervoor zorgen dat wachttijd niet in de prestaties zichtbaar wordt door tijdens het wachten, bijvoorbeeld op geheugen, ander werk te doen. GPU's doen dit door tussen veel warps te schakelen.
Memory coalescing: Het samenvoegen tot minder geheugentoegangen wanneer naburige threads in een warp naburige adressen benaderen. Gecombineerde toegang.
Occupancy: Verhouding tussen het aantal warps dat daadwerkelijk op een GPU-SM staat en het maximale aantal warps dat tegelijk op een SM kan staan. Wordt bepaald door het gebruik van registers en shared memory.
OpenCL: Standaard programmeermodel voor parallelle berekeningen op GPU's, CPU's, FPGA's en dergelijke van meerdere bedrijven. Vastgelegd door de brancheorganisatie Khronos Group.
Parallelle reductie: Methode om de som enzovoort van veel waarden parallel te berekenen in een boomstructuur waarin steeds naburige waarden worden samengevoegd. n waarden worden in log2 n stappen verwerkt.
Pinned memory: Geheugen dat het besturingssysteem vastzet zodat fysieke pagina's niet worden verplaatst of uitgeswapt. De GPU kan er via DMA rechtstreeks in lezen en schrijven, waardoor overdracht sneller en ook asynchroon kan zijn.
Prefix sum: Berekening van de cumulatieve som vanaf het begin van een array. Ook scan genoemd. Is parallel te berekenen en wordt gebruikt om bij compacte uitvoer de schrijfpositie te bepalen.
Shared memory: Klein, snel geheugen binnen elke SM van de GPU dat door threads van hetzelfde blok kan worden gedeeld. Het programma bepaalt wat erin wordt geplaatst.
SIMT: Single instruction, multiple threads. Het programma wordt per thread geschreven, maar de hardware bundelt threads in warps (bij NVIDIA 32) en voert ze met dezelfde instructie uit.
Streaming multiprocessor (SM): Eenheid in NVIDIA-GPU's die rekeneenheden, registers, shared memory en schakelingen voor het wisselen van warps bundelt. SM. Een GPU bestaat uit veel naast elkaar geplaatste SM's.
Tensor core: Rekeneenheid van een GPU die het multiply-accumulate van kleine matrices met één instructie berekent. Wordt vooral met getallen van lage precisie gebruikt en versnelt AI-berekeningen sterk.
Thread block: Eenheid waarin GPU-threads zijn gegroepeerd. Een blok wordt op één SM uitgevoerd; threads in een blok delen gegevens via shared memory en kunnen synchroniseren.
Unified memory: Geheugen dat via dezelfde pointer door CPU en GPU kan worden gebruikt en waarvan de data automatisch naar behoefte worden verplaatst. Vereenvoudigt programma's, maar de overhead van het verplaatsen vraagt aandacht.
Warp divergence: Verschijnsel waarbij de paden van threads binnen één warp door een voorwaardelijke sprong uiteenlopen. De gesplitste paden worden na elkaar uitgevoerd, dus de efficiëntie daalt.

AI-hardware en softwarestackVragen over dit onderwerp →

AI-compiler: Software die de berekeningsgraaf van een model analyseert, bewerkingsfusie, gegevensindeling, tiling en dergelijke optimaliseert en code voor de doelhardware genereert. Voorbeelden zijn XLA en TVM.
All-reduce: Communicatie waarbij de waarden van alle GPU's elementsgewijs worden opgeteld en het resultaat aan alle GPU's wordt gedistribueerd. Gebruikt voor het middelen van gradiënten bij dataparallelle training.
Attention: Mechanisme in Transformers waarbij elk token de sterkte van de relatie met alle andere tokens berekent om informatie te verzamelen. De rekenkosten zijn evenredig met het kwadraat van de sequentielengte.
Backpropagatie: Berekening bij het trainen van neurale netwerken waarbij de fout tussen uitvoer en juist antwoord van de uitgang naar de ingang wordt teruggevoerd om de gradiënt van elk gewicht te bepalen.
Batchgrootte: Aantal ingangen dat gezamenlijk wordt verwerkt. Een grotere batch maakt hergebruik van gewichten en dus hogere efficiëntie mogelijk, maar vergroot de vertraging van de respons en het geheugengebruik.
Dataparallellisme: Methode voor gedistribueerde training waarbij elke GPU een kopie van het hele model heeft, de data worden verdeeld, de gradiënten over alle GPU's worden gemiddeld en daarna de gewichten worden bijgewerkt.
FlashAttention: Snelle implementatie die de attention-berekening in tegels verdeelt en in het geheugen op de chip uitvoert, zonder grote tussenmatrices naar HBM te schrijven. Het resultaat is gelijk aan dat van gewone attention.
Gestructureerde sparsity: Sparsity waarbij de nullen in de gewichten in een vaste vorm zijn gerangschikt. Bijvoorbeeld 2:4-sparsity, waarbij van elke vier gewichten er twee 0 zijn, kan met een matrixrekeneenheid ongeveer 2 keer sneller worden berekend.
Gradient checkpointing: Methode waarbij van de tussenresultaten van de voorwaartse doorgang slechts een deel wordt bewaard en de rest bij backpropagation opnieuw wordt berekend wanneer die nodig is, zodat geheugen wordt bespaard ten koste van meer rekenwerk.
Inferentie (inference): AI-verwerking waarbij met de tijdens training bepaalde gewichten alleen forward propagation wordt uitgevoerd om uit de invoer een antwoord te geven. Vraagt minder rekenwerk en geheugen dan training.
Inferentie-runtime: Software die een getraind model laadt en inferentie snel uitvoert door onder meer de graaf te optimaliseren, te kwantiseren en bij de hardware passende kernels te kiezen.
Kennisdistillatie (knowledge distillation): Methode waarbij een klein studentmodel wordt getraind om de uitvoer van een groot lerarenmodel na te bootsen, zodat een klein model vergelijkbare prestaties haalt.
KV-cache: Geheugen dat bij inferentie van grote taalmodellen de Key- en Value-waarden van de attention van al verwerkte tokens bewaart. Voorkomt herberekening, maar groeit evenredig met de lengte van de tekst en de batch.
MFU: Afkorting van Model FLOPs Utilization. Maat die aangeeft welk percentage van de piekprestatie van de hardware de werkelijke rekenprestatie bedraagt, bepaald uit het aantal voor het model vereiste bewerkingen.
ONNX: Gemeenschappelijk modelformaat om modellen uit te wisselen tussen verschillende frameworks en inferentieruntimes. Afkorting van Open Neural Network Exchange.
Operator fusion: Optimalisatie waarbij meerdere bewerkingen in één kernel worden samengevoegd, zodat het wegschrijven en opnieuw inlezen van tussenresultaten in het geheugen wordt bespaard.
Pipelineparallellisme (pipeline parallelism): Gedistribueerde methode waarbij de lagen van een model achtereenvolgens over meerdere GPU's worden verdeeld. Door microbatches door te sturen wordt de wachttijd van GPU's (bubble) verminderd.
Post-training quantization (PTQ): Methode waarbij de gewichten en activaties van een getraind model worden omgezet naar een lagere precisie nadat het waardebereik met representatieve gegevens is bepaald. PTQ.
Prefill: Eerste fase bij inferentie van grote taalmodellen waarin de tokens van de invoertekst in één keer worden verwerkt. Wordt gemakkelijk compute-bound. De daaropvolgende generatie per token heet decode.
Pruning: Methode om rekenwerk en geheugen te verminderen door gewichten met weinig invloed in een neuraal netwerk op 0 te zetten. Gestructureerde varianten, die nullen in een vast patroon plaatsen, zijn in hardware gemakkelijker te versnellen.
Quantization-aware training (QAT): Methode waarbij tijdens de training de afrondingen van kwantisatie worden nagebootst en de gewichten worden aangepast met inbegrip van die fout. QAT. De nauwkeurigheid blijft ook bij een laag aantal bits gemakkelijker behouden.
Rekengraaf (computational graph): Diagram dat de berekening van een model weergeeft, met bewerkingen als knopen en de doorgifte van tensors als pijlen. Basis voor automatische differentiatie en optimalisaties van AI-compilers.
Rekenintensiteit (arithmetic intensity): Waarde die het aantal bewerkingen deelt door het aantal bytes dat uit het geheugen wordt gelezen of geschreven. Hoe groter, hoe eerder de berekening compute-bound is en hoe kleiner, hoe eerder memory-bound.
Roofline-model: Model dat de haalbare prestaties uitdrukt als het minimum van de pieksnelheid en geheugenbandbreedte × rekenintensiteit. Wordt gebruikt om te zien of een taak compute-bound of memory-bound is.
Speculatieve decodering (speculative decoding): Methode om inferentie te versnellen: een klein model schrijft enkele tokens vooruit, een groot model controleert die in één keer en de juiste worden in één keer overgenomen.
Tensorparallellisme: Gedistribueerde methode waarbij de gewichtsmatrix van één laag in rij- of kolomrichting wordt verdeeld over meerdere GPU's, die deelproducten berekenen en via communicatie combineren.
TOPS: Prestatie-indicator voor AI-versnellers die het aantal bewerkingen per seconde in biljoenen (tera) uitdrukt. Meestal een theoretisch maximum, geteld bij lage precisie.

Embedded systemen en firmwareVragen over dit onderwerp →

Baudrate: Aantal symbolen dat bij seriële communicatie per seconde wordt verzonden. Bij UART komt dit overeen met het aantal bits per seconde en moet bij zender en ontvanger gelijk worden ingesteld.
Bootloader: Klein programma dat als eerste draait bij het inschakelen van de voeding. Controleert en start de eigenlijke firmware of schrijft nieuwe firmware.
Brown-outdetectie: Functie die de microcontroller reset wanneer de voedingsspanning onder de voor werking vereiste waarde daalt, om onzeker gedrag en foutief schrijven naar flash te voorkomen.
Contactstuiteren (switch bounce): Verschijnsel waarbij de contacten van een mechanische schakelaar stuiteren en, bijvoorbeeld op het moment van indrukken, in korte tijd meermaals aan en uit gaan. Wordt met debouncing verwijderd.
Debounce: Verwerking die het contactstuiteren (chattering) van een schakelaar wegneemt. Er zijn softwaremethoden waarbij met vaste tussenpozen wordt gelezen en de toestand als veranderd wordt beschouwd als dezelfde waarde aanhoudt, en methoden met schakelingen.
Duty cycle: Bij een periodiek pulssignaal het aandeel van een periode waarin de uitgang hoog is. Bij PWM bepaalt het het gemiddelde vermogen.
GPIO: Aansluiting voor general purpose input/output. Kan met software als ingang of uitgang worden ingesteld en wordt gebruikt voor onder meer het uitlezen van schakelaars en het laten branden van leds.
Harde real-time: Strikte tijdseis waarbij het ook maar één keer missen van een deadline tot een systeemfout leidt. Bijvoorbeeld de besturing van autoremmen en airbags. Waar af en toe vertraging is toegestaan, spreekt men van zachte real-time.
I2C: Synchrone seriële communicatie waarbij meerdere apparaten op twee lijnen, klok (SCL) en data (SDA), zijn aangesloten en de tegenpartij met een adres wordt gekozen. De lijnen zijn open-drain met pull-up.
Input capture: Functie waarbij hardware de timerwaarde vastlegt op het moment dat een ingangssignaal verandert. Hiermee zijn pulsbreedte en frequentie nauwkeurig te meten.
JTAG: Standaardinterface voor het testen en debuggen van chips. Hiermee kan het programma worden gestopt om interne waarden te bekijken en kan flash worden herschreven. Bij Arm wordt ook SWD gebruikt, dat minder lijnen heeft.
OTA-update: Het herschrijven van de firmware van een apparaat via draadloze communicatie. Om ook bij mislukking te kunnen opstarten wordt vaak een methode met twee banken gebruikt.
Polling: Methode waarbij de CPU herhaaldelijk de toestand van randschakelingen opvraagt om veranderingen te vinden. Eenvoudig, maar het blijft controleren ook als er niets gebeurt, wat tijd en energie kost.
Prescaler: Schakeling die de klok naar een timer of dergelijke met een vaste verhouding deelt. Brengt een te snelle klok in het bereik dat de timer kan tellen.
Prioriteitsinversie (priority inversion): Verschijnsel waarbij een taak met hoge prioriteit wacht op een middel dat een taak met lage prioriteit vasthoudt, terwijl een taak met middelhoge prioriteit de lage taak onderbreekt en blijft doorlopen, zodat de hoge taak lang moet wachten.
Prioriteitsovererving (priority inheritance): Methode om prioriteitsinversie te voorkomen door de prioriteit van een lage taak die een resource bezit tijdelijk te verhogen tot die van de hoge taak die op die resource wacht.
Pull-upweerstand: Weerstand die een signaallijn met de voeding verbindt om deze op niveau 1 te houden wanneer niets de lijn aanstuurt. Voorkomt zwevende ingangen en wordt ook gebruikt voor onder meer I2C-lijnen.
PWM (pulsbreedtemodulatie): Methode waarbij bij een vaste periode de tijd dat de uitgang hoog is wordt gevarieerd om de gemiddelde spanning of het vermogen in te stellen. Wordt gebruikt voor het regelen van de helderheid van leds of de snelheid van motoren.
Read-modify-write: Reeks bewerkingen waarbij een waarde wordt gelezen, deels gewijzigd en teruggeschreven. Als er tussendoor een interrupt optreedt, kunnen andere wijzigingen verloren gaan.
RTOS (real-time besturingssysteem): Besturingssysteem voor embedded toepassingen dat tussen meerdere taken schakelt op basis van prioriteit, zodat binnen een vastgestelde tijd wordt gereageerd. Voorbeelden zijn FreeRTOS en Zephyr.
Slaapmodus (sleep mode): Toestand van een microcontroller waarin de klok of voeding van CPU en randschakelingen wordt gestopt als er geen werk is, om het energieverbruik te verlagen. Wordt gewekt door onder meer een interrupt.
SPI: Synchrone seriële communicatie waarbij zenden en ontvangen gelijktijdig plaatsvinden op de klok van de master. Een chip-selectlijn kiest de tegenpartij; gebruikt voor het verbinden van snelle componenten.
Superloop: Firmwarestructuur zonder OS waarin een oneindige lus in main alle taken achtereenvolgens aanroept. Urgente verwerking gebeurt via interrupts.
UART: Asynchrone seriële communicatieschakeling zonder kloklijn, waarbij zender en ontvanger op dezelfde baudrate zijn ingesteld. Tekens worden met een startbit en stopbit begrensd.
Watchdog-timer: Timer die de microcontroller reset als hij niet binnen een bepaalde tijd door de software wordt gereset (kick). Laat het systeem herstellen van een op hol geslagen of vastgelopen programma.

Hardwarebeschrijvingstalen en verificatieVragen over dit onderwerp →

Asynchrone reset: Reset die de flipflop meteen initialiseert zodra het resetsignaal actief wordt, onafhankelijk van de klok. Het loslaten wordt in de regel met de klok gesynchroniseerd.
Blocking assignment: De toewijzing met '=' in Verilog. De linkerzijde wordt direct bijgewerkt en de volgende regel gebruikt de nieuwe waarde. Gebruikt in always-blokken voor combinatorische logica en in testbenches.
Combinatorische lus (combinational loop): Structuur waarin de uitgang van een combinatorische schakeling zonder flipflop terugkeert naar de eigen ingang. Kan oscilleren of onbepaald zijn en laat geen timinganalyse toe, dus wordt vermeden.
Constrained-random-verificatie: Verificatiemethode waarbij ingangswaarden willekeurig worden gegenereerd binnen de door de specificatie toegestane voorwaarden, zodat breed wordt getest, ook in gevallen die een mens niet zou bedenken.
Gate-level-simulatie: Simulatie met de netlijst na logische synthese of plaatsen en routeren, zo nodig met vertragingsinformatie. Controleert problemen die op RTL niet zichtbaar zijn.
Generate-statement: Constructie in Verilog die de beschrijving van een schakeling met herhaling of voorwaarden uitvouwt. Wordt gebruikt om bijvoorbeeld instanties van dezelfde module regelmatig naast elkaar te plaatsen.
Hardwarebeschrijvingstaal (HDL): Taal om de structuur en werking van digitale schakelingen in tekst te beschrijven. HDL. Voorbeelden zijn Verilog, SystemVerilog en VHDL; via logische synthese worden ze omgezet in een schakeling.
Lint: Hulpmiddel dat HDL-beschrijvingen zonder simulatie aan regels toetst en schrijfwijzen vindt die snel tot problemen leiden, zoals niet-overeenkomende bitbreedtes en onbedoelde latches.
Mealy-machine: Toestandsmachine waarvan de uitgang afhangt van zowel de huidige toestand als de ingang. Veranderingen van de ingang verschijnen in dezelfde cyclus aan de uitgang, maar ruis op de ingang werkt ook gemakkelijker door. Een machine waarvan de uitgang alleen van de toestand afhangt is een Moore-machine.
Non-blocking assignment: Toewijzing met "<=" in Verilog. Alle rechterzijden van hetzelfde tijdstip worden eerst geëvalueerd, waarna de linkerzijden samen worden bijgewerkt. Komt overeen met het gedrag van flipflops en wordt dus voor sequentiële schakelingen gebruikt.
Onbedoelde latch (unintended latch): Situatie waarbij in een beschrijving die een combinatorische schakeling moet zijn, onder een bepaalde voorwaarde geen waarde aan de uitgang wordt toegewezen, waardoor logische synthese een latch maakt die de waarde vasthoudt.
One-hot-codering: Codering waarbij aan elke toestand van een toestandsmachine één flipflop wordt toegewezen en er altijd maar één op 1 staat. De logica is eenvoudig en vaak snel, en wordt veel gebruikt bij FPGA's.
Referentiemodel (reference model): Model dat dezelfde functie als de schakeling heeft maar apart is geschreven in onder meer C. Krijgt dezelfde invoer en het resultaat wordt vergeleken; dient als verwachte waarde voor de uitgang van de schakeling. Golden model.
Regressietest: Telkens als het ontwerp wordt gewijzigd alle eerdere tests opnieuw uitvoeren om te controleren dat functies die eerder goed werkten niet kapot zijn gegaan.
Reset-synchronisator: Schakeling die een asynchrone reset direct laat werken, maar alleen het loslaten met twee flipflops synchroniseert op de klok voordat het over de hele schakeling wordt verdeeld.
Sensitivity list: Reeks signalen achter always in @( ) in Verilog die bepaalt wanneer het blok wordt uitgevoerd. Bij een combinatorische schakeling leidt een vergeten signaal tot een verschil tussen simulatie en schakeling.
Synchrone reset: Reset waarbij het resetsignaal op de klokflank wordt overgenomen om de flipflop te initialiseren. De timing is gemakkelijk te analyseren, maar de reset werkt niet als de klok stilstaat.
SystemVerilog: Taal die Verilog uitbreidt. Heeft ontwerpmogelijkheden zoals het type logic en always_ff en always_comb, en verificatiemogelijkheden zoals klassen, constrained random en assertions.
Testbench: Beschrijving voor simulatie die ingangen aan de te verifiëren schakeling geeft en controleert of de uitgangen kloppen. Wordt niet gesynthetiseerd, dus vertragingen en weergaveopdrachten kunnen vrij worden gebruikt.
VCD: Afkorting van Value Change Dump. Standaard bestandsformaat waarin de veranderingen van signaalwaarden tijdens simulatie worden vastgelegd; wordt voor debuggen met een golfvormviewer bekeken.
Verilog: Hardwarebeschrijvingstaal die veel wordt gebruikt voor ontwerp en verificatie van digitale circuits. Circuits worden per module geschreven en het gedrag wordt met assign en always beschreven.
Viertallige logica (four-valued logic): De vier waarden 0, 1, X (onbepaald) en Z (hoge impedantie) die bij HDL-simulatie worden gebruikt. Niet-geïnitialiseerde signalen of signalen met een conflict worden X.
X-optimisme: Eigenschap van HDL-simulatie waarbij een voorwaarde met de onbepaalde waarde X niet als X wordt doorgegeven maar als bepaalde waarde wordt behandeld, zodat fouten worden verborgen. X-optimism.

Interfaces en busstandaardenVragen over dit onderwerp →

128b/130b-codering: Methode waarbij aan 128 databits een kop van 2 bits wordt toegevoegd. Het rendement is ongeveer 98,5% en schakelovergangen worden met scrambling gewaarborgd. Wordt gebruikt vanaf PCI Express 3.0.
8b/10b-codering: Methode waarbij 8 bits data als een 10-bitscode worden verzonden met vrijwel evenveel nullen en enen en korte reeksen. Maakt het terugwinnen van de klok gemakkelijk, maar de efficiëntie is 80%.
AXI: Een van de AMBA-normen van Arm; bus om blokken binnen een SoC te verbinden. Heeft vijf onafhankelijke kanalen en VALID-READY-handshakes, en kent ook varianten zoals AXI4-Lite en AXI4-Stream.
Bitfoutenpercentage (BER): Het aandeel verzonden bits dat verkeerd is ontvangen. BER. Bij snelle seriële transmissie wordt bijvoorbeeld 10 tot de macht min 12 of lager vereist.
Clock-and-data-recovery (CDR): Ontvangstschakeling die uit de signaalovergangen van de ontvangen data de kloktiming haalt en de bits bepaalt. CDR. Maakt een aparte kloklijn overbodig.
Creditgebaseerde flowcontrol: Methode waarbij de ontvanger de zender via credits laat weten hoeveel bufferruimte vrij is en de zender alleen binnen die ruimte verzendt. De buffer loopt niet over.
CXL: Afkorting van Compute Express Link. Standaard die op de fysieke laag van PCI Express gebaseerd is en tussen CPU en accelerators of geheugenapparaten gedeeld geheugen met behoud van cachecoherentie mogelijk maakt.
Differentiële signalering: Methode waarbij op twee lijnen signalen in tegengestelde richting worden gestuurd en 0 en 1 door het spanningsverschil worden weergegeven. Ruis die op beide lijnen gelijk optreedt wordt opgeheven, zodat met een kleine amplitude snel kan worden verzonden.
Equalizer: Schakeling die compenseert dat hoge frequentiecomponenten op een transmissielijn sterker worden gedempt en het signaal vervormt. Voorbeelden zijn CTLE en DFE aan de ontvangstzijde en de-emphasis aan de zendzijde.
Hot-plug: Mogelijkheid om apparaten aan te sluiten en los te koppelen terwijl de voeding aan staat, waarbij het OS ze automatisch herkent of loskoppelt. Gebruikt bij onder meer USB en SSD's in servers.
Isochrone overdracht (isochronous transfer): USB-overdrachtstype waarbij een vaste bandbreedte wordt gereserveerd en met vaste tussenpozen wordt verzonden; bij fouten wordt niet opnieuw verzonden. Wordt gebruikt voor audio en video.
Karakteristieke impedantie: Verhouding tussen spanning en stroom die een elektrische golf op een transmissielijn ondervindt. Wordt bepaald door de breedte van de verbinding en de afstand tussen de lagen; waar ze onderweg verandert, wordt het signaal gereflecteerd.
MSI (message signaled interrupt): Methode waarbij een apparaat een interrupt meldt door naar een vastgesteld adres te schrijven. Geen aparte interruptlijnen nodig en één apparaat kan veel interrupts hebben.
Network-on-chip (NoC): Verbindingsmethode waarbij routers en links als een netwerk in de chip zijn gerangschikt en gegevens als pakketten worden verzonden. NoC. Kan de overdracht van veel blokken tegelijk verwerken.
NRZ: Meest basale transmissiemethode, die met twee spanningsniveaus 1 bit per symbool verzendt. Afkorting van Non-Return-to-Zero.
Oogpatroon (eye diagram): Diagram waarin de golfvormen van veel bits per periode over elkaar heen zijn getekend. De hoogte van het oog in het midden geeft de marge tegen ruis weer en de breedte de marge tegen timingafwijking.
PAM4: Modulatiemethode die met vier spanningsniveaus 2 bits per symbool verzendt. Bij dezelfde symboolsnelheid verdubbelt de bitsnelheid, maar de ruismarge wordt kleiner.
PCI Express: Snelle seriële uitbreidingsinterface die de CPU verbindt met onder meer GPU's, ssd's en netwerkkaarten. Ook PCIe geschreven. Door lanes te bundelen neemt de bandbreedte toe en per generatie verdubbelt de snelheid ongeveer.
Retimer: Schakeling die een snel serieel signaal eerst ontvangt, de bits bepaalt en als schoon signaal opnieuw verzendt. Wordt halverwege een lange transmissielijn geplaatst om het bereik te vergroten.
Root complex: Het deel dat de wortel vormt van de boomvormige verbindingsstructuur van PCI Express. Is verbonden met de CPU en het geheugen en verbindt via switches met de apparaten (endpoints).
SerDes: Serializer/deserializer. Schakeling die aan de zendkant de parallelle data in de chip omzet in één snelle bitstroom en aan de ontvangkant weer in de oorspronkelijke parallelle data. Kern van de fysieke laag van snelle seriële transmissie.
Spread-spectrumklok (SSC): Methode waarbij de klokfrequentie licht en langzaam wordt gevarieerd, zodat de energie van elektromagnetische ruis over een breed frequentiebereik wordt verspreid en de pieken lager worden. SSC.
USB PD: Afkorting van USB Power Delivery. Norm waarbij de leverende en de ontvangende zijde communiceren om spanning en stroom af te spreken, zodat tot 48 V en 240 W vermogen kan worden geleverd.

Prestatiemeting en profilingVragen over dit onderwerp →

Benchmark: Representatief programma dat onder vaste omstandigheden wordt uitgevoerd om de prestaties van computers of programma's te vergelijken. Het is belangrijk er een te kiezen die dicht bij het werkelijke gebruik ligt.
CPI: Afkorting van Cycles Per Instruction. Waarde die aangeeft hoeveel klokcycli gemiddeld per instructie nodig zijn. Een van de factoren in uitvoeringstijd = aantal instructies × CPI × cyclustijd. Het omgekeerde van IPC.
CPU-tijd: Totale tijd waarin de CPU de instructies van dat programma uitvoerde. Wachttijd is niet inbegrepen; bij parallelle uitvoering kan het langer zijn dan de wandkloktijd.
Doorvoer (throughput): Hoeveelheid werk, verzoeken of data die per tijdseenheid kan worden verwerkt. Een andere maat dan latency, die de snelheid van één taak aangeeft.
Flame graph: Weergave van een profileringsresultaat waarin aanroepketens verticaal zijn gestapeld en de horizontale breedte van elke functie het aandeel van de gebruikte tijd laat zien.
Harmonisch gemiddelde: Het omgekeerde van het gemiddelde van de omgekeerden van waarden. Wordt gebruikt bij het middelen van snelheden (ratio's) voor een gelijke hoeveelheid werk.
Meetkundig gemiddelde: De n-de machtswortel van het product van n waarden. Wordt gebruikt om verhoudingen van prestaties te middelen; het resultaat van de vergelijking verandert niet met de keuze van de referentie.
Microbenchmark: Benchmark die de snelheid meet van slechts een heel klein stukje verwerking. Let op valkuilen, zoals berekeningen die door compileroptimalisatie verdwijnen.
Parallelle efficiëntie (parallel efficiency): Waarde die ontstaat door de versnelling dankzij parallellisatie te delen door het aantal processoren. Geeft aan hoe effectief de cores worden gebruikt.
Prestatieteller (performance counter): Hardwareteller die gebeurtenissen in de CPU telt, zoals uitgevoerde instructies, cachemissers en foute vertakkingsvoorspellingen. PMU.
Probe-effect: Verschijnsel waarbij het inbrengen van een mechanisme om prestaties of gedrag te meten het gedrag van het te meten programma zelf verandert. Ook waarnemingseffect genoemd.
Profiler: Hulpmiddel dat meet welke functies of delen van een programma veel uitvoeringstijd gebruiken. Er zijn samplingmethoden en instrumentatiemethoden.
SPEC CPU: Standaard CPU-benchmark bestaande uit veel programma's gebaseerd op echte toepassingen. De verhoudingen tot een referentiecomputer worden met het meetkundig gemiddelde samengevat.
Speedup: Waarde die de uitvoeringstijd vóór de verbetering deelt door de uitvoeringstijd erna. 2 betekent dat het twee keer zo snel is geworden.
Staartlatentie (tail latency): Waarde aan de trage kant van de verdeling van responstijden, zoals het 99e percentiel. Bepaalt de totale traagheid bij bewerkingen die op de reactie van veel componenten wachten.
Sterke schaling (strong scaling): Beoordeling van parallelle prestaties waarbij de probleemgrootte vast blijft en wordt gekeken hoeveel de tijd afneemt bij meer processors.
STREAM-benchmark: Benchmark die grote arrays kopieert en optelt om de werkelijk haalbare geheugenbandbreedte te meten.
Top-down-analyse: Methode die met prestatietellers het gebruik van de verwerkingsslots van de CPU verdeelt in front-end, back-end, speculatieverlies en retirement, en zo knelpunten afbakent.
Wandkloktijd (wall-clock time): De werkelijk verstreken tijd van het begin tot het einde van een bewerking, inclusief wachten op invoer/uitvoer en de uitvoeringstijd van andere programma's.
Weak scaling: Beoordeling van parallelle prestaties waarbij de probleemgrootte per processor constant blijft terwijl het geheel groter wordt, en wordt bekeken of de tijd gelijk blijft.
Wet van Gustafson: Inzicht dat wanneer het aantal processoren toeneemt en ook het probleem groter wordt gemaakt, het aandeel dat parallel kan worden uitgevoerd toeneemt en een effect wordt behaald dat ongeveer evenredig is met het aantal processoren.
Wet van Little: Verband dat het gemiddelde aantal items in een systeem gelijk is aan het product van de aankomstsnelheid en de gemiddelde tijd die een item in het systeem doorbrengt. L=λW.

HardwarebeveiligingVragen over dit onderwerp →

Cold-bootaanval: Aanval die de inhoud van DRAM, die na uitschakelen nog enige tijd blijft bestaan, uitleest om sleutels en dergelijke te verkrijgen. Bij koeling blijft de inhoud langer bewaard. Wordt voorkomen met geheugenversleuteling.
Constante-tijdimplementatie: Manier van implementeren van cryptografie waarbij de richting van vertakkingen, het aantal iteraties en de gelezen of geschreven adressen niet van geheime waarden afhangen.
Echte-toevalsgetalgenerator (TRNG): Schakeling die toevalsgetallen maakt uit onvoorspelbare fysische verschijnselen zoals thermische ruis en fluctuaties van oscillatoren. TRNG. Bron voor het genereren van cryptografische sleutels.
eFuse: Eenmalig beschrijfbaar geheugen waarin bit voor bit wordt geschreven door dunne verbindingen met stroom door te branden. Wordt gebruikt om sleutels en instellingen per apparaat en rollbacknummers vast te leggen.
Enclave: TEE-methode waarbij een deel van een applicatie wordt uitgevoerd in een gebied waarvan de CPU het geheugen versleutelt en beschermt, zodat zelfs het besturingssysteem en de hypervisor de inhoud niet kunnen lezen.
Foutinjectieaanval (fault injection): Aanval waarbij de chip opzettelijk laat falen met onder meer verstoringen van voedingsspanning of klok of met lasers, om authenticatie over te slaan of sleutels af te leiden.
Hardwaretrojan: Kwaadaardige schakeling die tijdens ontwerp of productie is ingebracht en informatie lekt of de werking stillegt. Werkt alleen onder zeldzame voorwaarden en is daardoor moeilijk te vinden.
KPTI: Kernel page-table isolation. Maatregel van het besturingssysteem tegen Meltdown: terwijl een gebruikersprogramma draait, wordt het grootste deel van het kernelgeheugen uit de paginatabel gehaald.
Manipulatiebestendigheid (tamper resistance): Eigenschap om geheimen in de chip te beschermen door fysieke aanvallen zoals het openen van de chip of het aanbrengen van probes te weerstaan en bij detectie bijvoorbeeld sleutels te wissen.
Measured boot: Mechanisme waarbij in elke opstartfase de hashwaarde van de volgende software in onder meer een TPM wordt vastgelegd, zodat de opstarttoestand achteraf kan worden gecontroleerd.
Meltdown: Kwetsbaarheid waarbij bij sommige CPU's kernelgeheugen speculatief kon worden gelezen vóór de exceptie door de rechtencontrole, zodat waarden uit sporen in de cache konden worden afgeleid. Aangepakt met onder meer KPTI.
Namaakchip (counterfeit chip): Chip die als echt in de handel wordt gebracht, bijvoorbeeld een gebruikte of defecte chip, of een chip van lagere klasse met een andere opdruk. Leidt tot storingen en veiligheidsproblemen.
PUF (physically unclonable function): Mechanisme dat de productievariaties van elke chip gebruikt om een waarde te maken die uniek is voor die chip en moeilijk te klonen. De sleutel kan worden gegenereerd zonder hem op te slaan.
Remote attestation: Mechanisme waarbij een apparaat de toestand van de software die erin draait met een sleutel in de chip ondertekent en aan een server op afstand toont, zodat die kan nagaan of het apparaat te vertrouwen is.
Rollbackbeveiliging (anti-rollback): Mechanisme dat voorkomt dat software wordt teruggezet naar een oude, kwetsbare versie, door het minimale versienummer in niet-herschrijfbaar geheugen vast te leggen en te vergelijken.
Root of trust: Deel dat onvoorwaardelijk wordt vertrouwd als uitgangspunt van beveiligingscontroles. Onveranderlijke opstartcode in ROM en publieke sleutels e.d. worden in de chip geplaatst.
Secure boot: Mechanisme dat in elke opstartfase de digitale handtekening controleert van de volgende software en alleen de juiste software start. Bouwt een vertrouwensketen op.
Spectre: Soort kwetsbaarheid waarbij een voorspelling van een vertakking verkeerd wordt gestuurd zodat geheime gegevens speculatief worden gelezen en de waarde uit sporen in de cache wordt afgeleid. Bekendgemaakt in 2018.
Speculatieve uitvoering: CPU-mechanisme dat vooruit instructies uitvoert op basis van voorspellingen voordat bijvoorbeeld de uitkomst van een sprong bekend is. Bij een foute voorspelling wordt het resultaat ongedaan gemaakt, maar sporen zoals in de cache kunnen achterblijven.
TEE (trusted execution environment): Uitvoeringsomgeving die door hardware wordt beschermd en ook van het gewone besturingssysteem is geïsoleerd. Voert belangrijke verwerking uit zoals sleutelbewerkingen en authenticatie. Bijvoorbeeld Arm TrustZone.
Timingaanval (timing attack): Side-channelaanval die gebruikmaakt van het feit dat de verwerkingstijd afhangt van een geheime waarde, om het geheim te raden. Te voorkomen met constant-time-implementaties.
TPM: Trusted Platform Module. Beveiligingschip of -functie die sleutels genereert en bewaart, meetwaarden van opgestarte software vastlegt en de toestand bevestigt.
TrustZone: Beveiligingsmechanisme van Arm-processors. Schakelt tussen een secure world en een normal world en onderscheidt en beperkt de toegang tot geheugen en randapparatuur via busignalen.
Vermogensanalyse-aanval (power analysis attack): Side-channelaanval die geheimen zoals sleutels afleidt uit de golfvorm van het stroomverbruik van de chip. Differential power analysis (DPA), die veel golfvormen statistisch verwerkt, is krachtig.
Zijkanaalaanval (side-channel attack): Aanval die geheimen zoals sleutels afleidt uit andere fysieke informatie dan de eigenlijke uitvoer, zoals verwerkingstijd, energieverbruik en elektromagnetische straling.

Energiebeheer (softwaregestuurd)Vragen over dit onderwerp →

ACPI: Afkorting van Advanced Configuration and Power Interface. Standaardmechanisme waarmee het OS de voedingstoestanden, energiebesparing en temperatuur van apparaten beheert.
Activiteitsfactor (switching activity): Aandeel van de klokcycli waarin een signaal in een circuit schakelt. De α in de formule voor dynamisch vermogen αCV²f. Kan worden verkleind met onder meer clock gating.
Adaptive voltage scaling (AVS): Methode waarbij de snelheid en temperatuur van elke chip met een schakeling worden gemeten en de spanning tot de minimale waarde wordt verlaagd waarbij elke chip nog goed werkt, zodat onnodige spanningsmarge afneemt.
Break-even time: Lengte van de rustperiode die nodig is om de energie die in een zuinige toestand (zoals uitgeschakelde voeding) wordt bespaard groter te laten zijn dan de energie die nodig is om die toestand in te gaan en te verlaten.
C-state: Toestand die de diepte van de rust van de CPU bij het ontbreken van werk aangeeft. C0 is actief; hoe hoger het getal, hoe lager het vermogen, maar hoe langer het herstel duurt.
Dynamisch vermogen (dynamic power): Vermogen dat in CMOS-schakelingen wordt gebruikt om capaciteiten op en te ontladen wanneer signalen schakelen. Uitgedrukt als αCV²f met activiteitsfactor α, capaciteit C, spanning V en frequentie f.
Energy-delay product (EDP): Maatstaf die de energie van één verwerking vermenigvuldigt met de benodigde tijd. EDP. Wordt gebruikt om de combinatie van energiezuinigheid en snelheid te beoordelen.
Inschakelstroom (inrush current): Grote stroom die kortstondig vloeit om capaciteiten op te laden op het moment dat een uitgeschakelde schakeling weer op de voeding wordt aangesloten. Kan de voedingsspanning laten dalen.
Isolatiecel (isolation cell): Cel op de grens die ervoor zorgt dat de werkende zijde een vaste waarde krijgt, ook als de uitgang van een uitgeschakeld blok onbepaald wordt.
Level shifter: Schakeling die tussen blokken met verschillende voedingsspanningen de signaalspanning omzet naar de voedingsspanning van de ontvangende kant.
Near-threshold-werking: Werken met een voedingsspanning die tot dicht bij de drempelspanning van de transistors is verlaagd. De energie per bewerking daalt sterk, maar het circuit wordt trager en de invloed van spreiding groter.
P-state: Prestatieniveau van een draaiende CPU, uitgedrukt als combinatie van frequentie en spanning. Wordt met DVFS aan de belasting aangepast.
PMIC: Power management IC. Onderdeel dat uit een batterij of dergelijke meerdere spanningen maakt en de volgorde van inschakelen en het omschakelen van spanningen beheert.
Power cap: Het instellen van een bovengrens voor het stroomverbruik van servers of CPU's. Wordt in datacenters gebruikt om de limieten van voeding en koeling te bewaken.
Power gating: Energiebesparende methode waarbij de voeding naar ongebruikte schakelingsblokken met een schakelaar wordt afgesneden, zodat ook het lekvermogen vrijwel verdwijnt. Er moet rekening worden gehouden met de tijd voor opslaan en herstellen van de toestand.
Power sequencing: Vastgelegde volgorde waarin de voedingen worden in- en uitgeschakeld bij een chip met meerdere voedingsspanningen. Bij niet naleven kunnen storingen en latch-up ontstaan.
PUE: Afkorting van Power Usage Effectiveness. Waarde die het totale energieverbruik van het datacenter deelt door het energieverbruik van de IT-apparatuur; hoe dichter bij 1, hoe efficiënter.
Race to idle: Aanpak waarbij de verwerking snel met hoge prestaties wordt afgerond en snel een diepe zuinige toestand wordt ingegaan. Heeft gemakkelijk voordeel wanneer het statische vermogen of het vermogen van andere componenten groot is.
Retentieregister (retention register): Flipflop die bij power gating ook tijdens de uitgeschakelde periode zijn toestand behoudt met een klein, altijd gevoed geheugen. Na het herstellen van de voeding kan het circuit verdergaan waar het was.
Self-refresh: Zuinige toestand waarin DRAM zelf blijft verversen en zijn inhoud behoudt, ook als de commando's van de geheugencontroller stoppen. Gebruikt onder meer tijdens slaapstand van het systeem.
Statisch vermogen: Vermogen dat ook zonder schakelende signalen blijft worden verbruikt door lekstroom, bijvoorbeeld door uitgeschakelde transistors. Ook lekvermogen genoemd. Neemt sterk toe met de temperatuur.
Thermal throttling: Regeling die bij te hoge chiptemperatuur de frequentie en spanning verlaagt om de warmteontwikkeling te beperken en de chip te beschermen.
Tickless kernel: Kernel van een besturingssysteem die de periodieke tijdsinterrupts op een CPU zonder werk stopt, zodat die tot het volgende werk lang kan rusten.
Turbomodus (turbo boost): Werking waarbij een CPU of dergelijke bij vermogens- en temperatuurruimte automatisch tot boven de nominale frequentie opschakelt om de prestaties te verhogen.
Voedingsdomein (power domain): Gedeelte van de chip dat dezelfde voedingsspanning en dezelfde regeling van aan- en uitschakelen deelt. Spanning en voeding zijn per blok te beheren.