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桑迪亚国家实验室 SA3000 8085 CPU

Hacker News2026年6月29日 10:20

在1970年代末和1980年代初,桑迪亚国家实验室(位于美国新墨西哥州阿尔伯克基)开始建立设计、制造和测试集成电路的能力,以满足大规模生产的需求(封装由Fairchild和Allied Signal负责)。国家实验室为什么需要这种能力呢?为了提供商业上无法获得的组件。在这种情况下,桑迪亚的目标是制造适用于武器和航天任务的辐射硬化设备。环境是最严酷的,可靠性至关重要。桑迪亚在1978年开始了它的制造,使用的是2寸晶圆和10微米工艺,落后于“尖端技术”几代。到1982年,这一系统升级为4寸晶圆系统,特征尺寸小至2微米。这是桑迪亚用于制造伽利略太空探测器中所有集成电路的设计节点(其任务是前往木星)。其中包括来自RCA的1802处理器。桑迪亚接收了处理器及其支持芯片的逻辑图,并在辐射硬化工艺中重建了它们。需要多少个集成电路呢?探测器本身、备份、测试芯片等超过50,000个。桑迪亚还为武器系统生产各种集成电路,而不是像坦克、飞机或船舶这样的东西,而是需要能处理强烈辐射的集成电路的武器,这些通常是核弹头、再入飞行器、洲际弹道导弹等类似的东西。桑迪亚为这些制造芯片,并且保持一批“战争储备”以备不时之需。在1982年,桑迪亚开始进行Intel 8085处理器的CMOS辐射硬化转换。这将成为桑迪亚SA3000。将HMOS的Intel 8085转换为辐射硬化的CMOS工艺需要一些努力。原始的8085大约有6500个晶体管。将其转换为CMOS后,结果是一个18,000个晶体管的设备。比较棘手的转换之一是指令解码器(一个大型可编程逻辑阵列),在NMOS中很简单,在CMOS中就不那么简单。SA3000是在4寸晶圆上使用3微米工艺制造的。桑迪亚SA3000 – G批次 晶圆18 – 制造于1984年 芯片尺寸为228-239密耳,并在4.5-11伏电压下运行,同时在5伏下保持兼容性以进行测试。增加电压提供了更多的“余地”以应对辐射影响,因为辐射暴露往往会减慢设备的最大速度。桑迪亚还为SA3000制造了一系列支持芯片,包括SA3001(Intel 8155)、SA3002(Intel 8355)、SA3026(Intel 8212)以及根据需要的许多其他芯片。SA3001 – Intel 8155 设计辐射硬化是一门艺术和科学,在设计上投入了大量精力以确保其可靠性。这些芯片是在n-on-n+外延基材上制造的,以提供锁存控制,在晶体管周围使用了广泛的保护环,并采用硬化氧化物(主要是控制生产温度的过程)。电源到基材和地面到保护带及p型井的接触尽可能频繁地进行,以进一步帮助锁存控制。这给了桑迪亚什么结果?一个能够承受1×106 rads辐射的8085处理器,仅降低25%的性能,并能在3×106 rads时有40%的下降。设计目标是1×105,所以他们大大超过了这一目标。一般来说,1000 rads以上对于人类是致命的。SA3000被用于(并仍在使用)W88 475kt核弹头,用于潜射三叉戟II。它运行着负责高度和引信计算的主计算机/程序。SA3000还被波音航天公司用于深空星跟踪器设计,并在1990年用于联合释放和辐射效应卫星(CRRES),以研究高辐射对电子设备的影响。CRRES上的电子设备工作正常,但电池在仅一年后就失败,导致任务提前失败。大约在1984-1985年,政府决定引入承包商来运营制造,这让桑迪亚管理层感到不满,同时对效率产生了不利影响。这会是Allied Signal,当时他们没有运营制造的经验。这在一段时间内大大减缓了生产。哈里斯 HS1-80C85RH-Q 序列号 0001 SA3000(及其支持芯片)于1990年由哈里斯商业化,命名为HS1-80C85RH和HS9-80C85RH。这些类似于SA3000,采用相同的工艺,但仅规范为5V工作电压,而不是10V,最大速度为2MHz,而不是SA3000的10MHz。HS1是太空级,具有更高的筛选水平,而HS9是军用级,但未筛选至太空使用级别。

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