Teknologi

Teknologi Integrated Circuit (IC)

A.   Era Pra Teknologi IC

            Evolusi teknologi elektronika diawali dari keinginan manusia untuk melakukan  otomatisasi pekerjaannya baik di kantor maupun di rumah. Pada awalnya semua pekerjaan itu dilakukan secara manual dengan bantuan hewan atau alat-alat lainnya. Revolusi industri dunia yang dipelopori oleh negara Inggris telah mengubah wajah industri dari tenaga kasar ke tenaga mesin. secara perlahan tetapi pasti tenaga mesin Konvensional mulai ditinggalkan dengan    pemukannya komponen-komponen elektronika yang digunakan untuk membuat mesin yang lebih baik.

             Salah satu penemuan besar manusia adalah peralatan elektronika “pintar” yang dinamakan dengan komputer. Komputer generasi pertama menggunakan komponen elektronika dalam bentuk tabung sehingga bentuknya sangat besar, memakan tempat dan tidak portable. Perkembangan teknologi elektronika yang sangat pesat seiring dengan kebutuhan manusia akan peralatan yang kompak dan dapat dibawa ke mana-mana memunculkan ide untuk memperkecil ukuran komponenkomponen elektronika tersebut. Ide ini akhirnya dapat direalisasikan setelah ditemukannya teknologi yang memungkinkan mereka mengimplementasikan hal ini yakni teknologi Integrated Circuit (IC).

1.1   Teknologi IC

            IC adalah suatu media yang berisi berbagai macam komponen elektronika yang terintegrasi dan terhubung satu dengan lainnya sedemikian rupa untuk melaksanakan suatu fungsi tertentu. IC umumnya berwarna hitam dengan kaki-kaki yang banyak sehingga kadang disebut dengan 1 Kepala Urusan Operasi Faslat Wing – 3, Flight Simulator Instructor (FSI), Flight Simulator Maintenance Engineer (FSME), Visual Database Modeler (VDBM) dan System Administrator (SA) Full Mission Simulator F-16A Faslat Wing – 3, Lanud Iswahjudi 2 komponen “kaki seribu”. Bila Anda pernah membuka casing komputer atau peralatan elektronik

lainnya dan melongok ke dalamnya, Anda akan melihat banyak sekali benda segi panjang atau bujur sangkar berwarna hitam atau kadang abu-abu dengan tulisan kode-kode tertentu di punggungnya, Itulah yang dinamakan dengan IC. Satu IC dapat berisi ribuan bahkan jutaan komponen elektronika seperti resistor, capacitor dan transistor. Prosesor Pentium IV berisi lebih dari 10 juta transistor di dalam IC-nya. Betapa kecilnya komponen-komponen elektronika tersebut hingga mampu berdesakdesakan dalam jumlah yang sangat banyak di dalam sebuah IC yang ukurannya tidak lebih dari 25 cm2. Itulah kehebatan teknologi elektronika.

            Pada awalnya jumlah komponen yang dapat dimasukkan ke dalam sebuah IC sangat terbatas. Perkembangan teknologi IC mampu mengatasi hal ini sehingga kita mengenal istilah LSI, VLSI dan ULSI. LSI adalah singkatan dari Large Scale Integration sedangkan VLSI adalah singkatan dari Very LSI dan ULSI dari Ultra LSI. ULSI mengandung jumlah transistor lebih banyak dibandingkan VLSI dan seterusnya. Pada tahun 1965, pendiri Intel Gordon Moore mengatakan bahwa jumlah transistor per inci persegi di dalam sebuah IC akan meningkat dua kali lipat setiap Tahun dan ini menjadi kenyataan. Lalu bagaimana caranya memasukkan berjuta-juta transistor ke dalam  ebuah IC seperti prosesor Pentium IV ? Hal ini dapat dilaksanakan dengan ditemukannya Teknologi  nano yang memungkinkan untuk membuat transistor dengan ukuran 0,18 micron atau 0,18 x 10-6 m, betapa kecilnya.

             Proses pembuatan IC diawali dari merancang rangkaian elektronika sesuai dengan fungsi yang diharapkan. Rancangan Ini  kemudian dituangkan ke bentuk IC melalui proses yang cukup panjang dan hati-hati. Wadah yang digunakan untuk mengimplementasikan rangkaian elektronika ini dinamakan dengan wafer. Satu lembar wafer dapat berharga berjuta-juta rupiah sehingga agar break event point atau kembali modal plus keuntungan, pabrik pembuat IC akan memproduksinya dalam jumlah besar. Pengerjaan IC ini harus dilakukan dalam ruangan dengan suhu di bawah 18o C dengan konsentrasi debu satu pro mil atau 1/1000 dan pekerjanya harus menggunakan pakaian khusus seperti dokter bedah. Mengapa demikian ? Aturan ini diberlakukan untuk mencegah debu yang menempel di baju, di tangan atau yang melayang di udara menempel pada rancangan rangkaian elektronika di wafer. Pada kadar tertentu, debu yang menempel dapat mempengaruhi karakteristik IC yang dibuat dan dapat menggagalkan produksi. Penulis pernah melaksanakan sendiri kegiatan ini sewaktu kuliah di Teknik Elektro ITB dan sangat mengasyikkan.

            Kegiatan pembuatan IC seperti di atas tidak sulit untuk rangkaian-rangkaian sederhana dengan jumlah komponen yang minim. Namun pada saat rangkaian yang akan diimplementasikan sangat kompleks dengan komponen yang ribuan jumlahnya diperlukan cara lain agar perancangannya lebih cepat dan meminimisasi kemungkinan kesalahan yang dapat berakibat fatal. Dengan tujuan agar IC yang dibuat telah benar-benar memenuhi persyaratan yang diberikan, dirancanglah suatu perangkat lunak (software) untuk tugas-tugas peracangan IC yang dinamakan dengan Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language (VHSIC HDL) yang lebih dikenal dengan VHDL.

a)  Sekilas VHDL

            VHDL adalah software yang digunakan untuk menerangkan tingkah laku dan Struktur

rancangan perangkat keras (hardware) sistem digital elektronika baik rangkaian digital konvensional maupun Applied Specific Integrated Circuit (ASIC) dan Field Programmable Gate Array (FPGA). Pada dasarnya VHDL dirancang untuk mengisi sejumlah kebutuhan dalam proses perancangan sistem digital elektronika. Pertama, ia mengijinkan penjelasan struktur suatu

rancangan yakni bagaimana rancangan itu didekomposisi ke dalam sub-sub rancangan dan bagaimana sub-sub rancangan tersebut berhubungan. Kedua, ia mengijinkan Psenpesifikasian

fungsi suatu rancangan menggunakan bentuk-bentuk bahasa pemrograman yang sudah dikenal.

Ketiga, sebagai hasil akhir, ia mengijinkan suatu rancangan disimulasikan sebelum diproduksi

sehingga para perancangnya dapat dengan cepat membandingkan alternatif-alternatif dan menguji ketepatan fungsinya tanpa penundaan dan penambahan biaya untuk mem-prototype hardware lagi.

             Simulasi dan sintesa adalah dua perangkat (tool) utama VHDL. Fasilitas simulasi digunakan untuk mensimulasikan program rangkaian untuk menguji ketepatan fungsinya. Fasilitas sintesa digunakan untuk menguji kelayakan rangkaian untuk diimplementasikan ke bentuk hardware-nya karena dalam beberapa kasus rangkaian yang berhasil disimulasikan dengan sempurna tidak menjamin lulus dari pengujian sintesa. Bila ini yang terjadi harus ada modifikasi pada program rangkaian dan siklus perancangan dimulai lagi dari awal. Penulis pernah mengalami masalah yangsama ketika mensimulasikan rangkaian digital fungsi XOR. Ternyata tidak mudah karena harus mempunyai programming sense yang tinggi agar rangkaian yang dirancang dengan pengkodean (coding) tersebut dapat melewati fase sintesa dengan mulus untuk kemudian diproduksi dalamjumlah besar.