科学・技術
Sandia National Labs SA3000 8085 CPU
Sandia National Labs SA3000 8085 CPU (cpushack.com)
要約
この記事は、サンディア国立研究所がどのようにして、商業的に入手できない放射線耐性のある集積回路(IC)を開発したかについて詳述しています。特に、Intel 8085プロセッサをベースにしたSA3000について焦点を当て、その設計上の課題、放射線耐性、そしてW88核弾頭やガリレオ探査機などでの応用について説明しています。また、これらの技術が後に商用化された経緯も紹介されています。
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June 3rd, 2026 ~ by admin Sandia National Labs SA3000 8085 CPU
1970年代後半から1980年代初頭にかけて、サンディア国立研究所(米国ニューメキシコ州アルバカーキ)は、ICの設計、製造、テストを大規模に行う能力を構築し始めました(パッケージングはフェアチャイルドとアライドシグナルが担当)。なぜ国立研究所がこの能力を必要としたのでしょうか?それは、商業的に入手できない部品を提供するためでした。この場合、サンディアの目標は、兵器や宇宙ミッションで使用するための放射線耐性デバイスを製造することでした。最も過酷な環境で、信頼性が最重要視される場所です。
サンディアは1978年に10uプロセスで2インチウェハーの製造を開始しました。これは「最先端」から数世代遅れていました。1982年までに、これは2uもの微細な機能を持つ4インチウェハーシステムにアップグレードされました。この設計ノードは、サンディアがガリレオ宇宙探査機(木星へのミッション用)で使用されるすべてのICを製造するために使用したものです。これにはRCAの1802プロセッサも含まれていました。サンディアはプロセッサとそのサポートチップのロジック図を受け取り、放射線耐性プロセスでそれらを再現しました。いくつのICが必要だったのでしょうか?探査機自体、バックアップ、テストチップなどで50,000個以上でした。サンディアはまた、兵器システム用の様々なICも製造しました。戦車や航空機、艦船のようなものではなく、強い放射線に耐えられるICを必要とする兵器、これらは一般的に核弾頭、再突入機、ICBMといったものでした。サンディアはそれらのチップを製造し、必要な時に備えて交換用ICの「戦時備蓄」を維持しています。
1982年、サンディアはIntel 8085プロセッサのCMOS放射線耐性変換の作業を開始しました。これがサンディアSA3000となるものです。HMOS Intel 8085を放射線耐性CMOSプロセスに変換するには、かなりの作業が必要でした。オリジナルの8085は約6500個のトランジスタを持っていました。それをCMOSに変換した結果、18,000個のトランジスタを持つデバイスになりました。最も難しい変換の1つは、命令デコーダ(大規模なPLA)で、NMOSでは簡単でしたが、CMOSではそうではありませんでした。SA3000は3uプロセスで4インチウェハー上に製造されました。サンディアSA3000 – ロットGウェハー18 – 1984年製造 ダイサイズは228-239ミルで、4.5-11Vで動作し、テストのために5Vでの互換性を維持していました。電圧を上げることで放射線効果に対する「ヘッドルーム」が大幅に増えます。放射線被曝は最大デバイス速度を低下させる傾向があるからです。サンディアはまた、SA3000用のサポートチップセット、SA3001(Intel 8155)、SA3002(Intel 8355)、SA3026(Intel 8212)その他、必要に応じて多くのものを製造しました。SA3001 – Intel 8155
放射線耐性設計は芸術であり科学でもあり、信頼性高く動作させるために多くの工夫が凝らされました。チップはラッチアップ制御を提供するためにn-on-n+エピタキシャル基板上に製造され、トランジスタの周りには広範なガードリングが使用され、硬化酸化物(主に製造温度を制御するプロセス)が採用されました。ラッチアップ制御をさらに助けるため、電源と基板、グランドとガードバンドおよびp-ウェルとの接触が可能な限り頻繁に行われました。これによりサンディアは何を得たのでしょうか?1x10^6ラドの放射線に対して性能が25%低下するだけで、3x10^6ラドでは40%低下する8085プロセッサです。設計目標は1x10^5だったので、それを大幅に上回りました。1000ラドを超える放射線は一般的に人間にとって致命的です。
W88弾頭制御部 Trident II (最大8個のSA3000 CPU)
SA3000は、潜水艦発射型トライデントIIに搭載されるW88 475kt核弾頭で使用されていました(現在も使用されています)。これは、高度および信管計算を担当するメインコンピュータ/プログラマーを実行します。SA3000はまた、ボール・エアロスペースによって深宇宙スター・トラッカー設計に、そして1990年には高放射線が電子機器に与える影響を研究するための複合放出・放射線効果衛星(CRRES)に採用されました。CRRESの電子機器は正常に動作しましたが、バッテリーがわずか1年で故障し、ミッションが早期に失敗に終わりました。
Harris/Sandiaダイ CMOS 80c85 Intel 8085Aダイ
1984年から1985年頃、政府はサンディアの経営陣を大いに悩ませ、効率を損ねる形で、外部の請負業者にファブの運営を委託することを決定しました。これがアライドシグナルでしたが、当時、ファブの運営経験は全くありませんでした。これにより、しばらくの間、生産は大幅に減速しました。
Harris HS1-80C85RH-Qシリアル番号 0001
SA3000(およびそのサポートチップ)は、1990年にハリス社によってHS1-80C85RHおよびHS9-80C85RHとして商用化されました。これらはSA3000と似ており、同じプロセスで製造されていますが、10Vではなく5Vの動作電圧と、SA3000が可能な10MHzではなく2MHzの最大速度で仕様が定められています。HS1はスクリーニングレベルの高い宇宙グレード、HS9は軍用グレードですが、宇宙用途のレベルまではスクリーニングされていません。
投稿日: 今日のCPU « 忘れ去られたものたち: Actron AM1608 16ビットCPU。
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