Az ASIC technológia bemutatása | Különböző típusok, tervezési folyamat, alkalmazások

Ebben az oktatóanyagban egy alapvető bevezetőt fogunk látni az ASIC-hez, melyek az ASIC tervezési technikák különböző típusai, az ASIC tervezési folyamata, az alkalmazások és még sok más.Vázlatos bevezetésAz ASIC-ek rövid történeteMelyek az ASIC különböző típusai?Teljes egyéni ASICSemi -Custom ASICGate Array ASICS-szabványos cella alapú ASICDesign FlowApplications Bevezetés Tág értelemben az alkalmazásspecifikus integrált áramkör vagy egyszerűen egy ASIC egy adott alkalmazásra vagy végfelhasználásra testreszabott integrált áramkörként határozható meg, nem pedig általános célra. Néhány alapvető példa az ASIC-ekre: a DVD-lejátszóban lévő IC az optikai lemezen lévő információk dekódolására, vagy egy IC, amelyet lítium-ion akkumulátorok töltésvezérlőjeként terveztek. Az ASIC-k nagyban különböznek más szabványos IC-ktől, mint például a mikroprocesszorok vagy a memóriák, mivel ezeket arra tervezték, hogy alkalmazások széles körében használható. Ezzel szemben az ASIC csak abban az alkalmazásban használható, amelyet kifejezetten futtatásra terveztek. Az ASIC-ek alkalmazásspecifikus egyéni jellege miatt gyakran több funkciót tartalmaznak, ugyanakkor kis méretűek, kevesebb energiát fogyasztanak és kevesebbet vesznek fel. hőt egy standard IC-oldathoz képest. A másik fő különbség az olyan szabványos IC-k, mint például a Memories és az ASIC között, hogy az ASIC tervezője közvetlenül az ügyfél lehet, akinek tisztább elképzelése lehet az alkalmazásról. Az 1980-as évek eleje óta az integrált áramkörök világa igencsak megváltozott. az ASIC-ek befolyásolják. Ők felelősek a félvezetőipar terjeszkedéséért, az integrált áramkörök üzleti modelljének megváltoztatásáért, valamint az IC-tervezők és tervezőmérnökök számának jelentős növekedéséért. Az ASIC-k a félvezetőtervezés és -gyártás egész ökoszisztémáját is befolyásolták, mint például a rendszertervezés, a gyártás és a gyártási folyamat. , tesztelés és csomagolás és a CAD eszközök.Az ASIC-ek rövid történeteAz ASIC-ek eredete legalább 20 könnycseppre vezethető vissza a Masked ROM (Read-only Memory) kifejlesztése előtt. Az 1970-es évek elején bevezették a kaputömbök és a szabványos cellák koncepcióját, de az 1980-as években az ASIC technológia előkelő helyet foglalt el az IC-piacon az egész világon. Ebben az időszakban számos félvezetőgyártó és -kereskedő, különösen a Japán uralja az ASIC piacot, és ASIC specialistáknak tekintik. Mik az ASIC különböző típusai? Az ASIC tervezések és technológia történetét az ASIC különféle tervezési stílusainak folyamatos növekedése és fejlődése jellemezheti. Statisztikailag a CMOS-alapú kaputömb stílusú ASIC-k a domináns típusok, de számos más ASIC-típus is létezik. Alapvetően minden ASIC három típusba sorolható. Ezek a következők: Teljes – Egyéni ASIC-kFéli – Egyéni ASIC-ek Programozható IC-k A félig egyedi ASIC-ek ismét Gate Array alapú és Cell alapú tervezésekre oszthatók. A kaputömböket tovább osztják csatornázott és csatorna nélküli tömbökre, míg a cella alapú terveket szabványos cellákra és makrocellákra. A programozható IC-khez érve az összes programozható logikai eszköz, mint a PAL, PLA, EPROM alapú PLD (EPLD), EEPROM alapú PLD (EEPLD), valamint a helyszínen programozható eszközök, például az FPGA tartoznak ebbe a kategóriába.A következő képen az ASIC különböző típusai, valamint az egyes típusok alkategóriái láthatók. Lássunk most röviden néhány fontos ASIC-típust. Teljesen egyéni ASICA Full-Custom ASIC-ben az összes logikai cellát, áramkört és elrendezést az alapoktól kezdve kifejezetten az adott ASIC-hez tervezték. A tervező csak akkor választhat teljesen egyedi ASIC-tervet, ha úgy gondolja, hogy a meglévő könyvtárak nem elég gyorsak, vagy a logikai cellák nem kicsik, vagy magas az energiafogyasztás. A teljesen egyedi ASIC-ek fő előnyei a többi IC-konstrukcióval szemben a lehető legnagyobb teljesítményt nyújtja a lehető legkisebb szerszámméret mellett. Ennek a nagy teljesítménynek és kis méretnek azonban az ára megnövekedett tervezési idő, összetett tervezés és magának az IC-nek az összköltsége. A leggyakoribb teljesen egyedi ASIS-ek közé tartoznak a mikroprocesszorok, memóriák, analóg processzorok, analóg/digitális kommunikációs eszközök, érzékelők, Átalakítók, nagyfeszültségű IC-k autókhoz stb.Az alábbiakban egy CMOS alapú, 2 bemenetes NAND kapu mintát mutatunk be, ahol minden réteg definiálva van.Félig egyedi ASICA tervezési idő lerövidítése és a teljes testreszabás költségeinek csökkentése ASIC-eket, számos más tervezési megközelítést fejlesztettek ki, és ezeket félig egyedi ASIC-terveknek nevezik. Általában a félig egyedi tervezésben részt vevő hierarchia legalacsonyabb szintje a logikai szint vagy a kapu szintje. Ez ellentétben áll a teljes testreszabott munkával, ahol az egyedi tranzisztorok tervezése és elrendezése is szerepet kaphat. Amint korábban említettük, a félig egyedi ASIS kialakítás tovább osztható Gate Array-ekre és szabványos cellákra. Lássunk egy kicsit ezekről a típusokról.Gate Array ASICA Gate Array alapú ASIC-ekben, p és n típusú tranzisztorok előre meghatározottak egy szilícium lapkán tömbként. A szilíciumgyártó a vevőtől származó terv és a tervezés során kapott összeköttetések alapján biztosítja ezeket az alaplapokat. Ezért az alap szelet az ügyfélre jellemző, mivel az ügyfél által a kaputömb tranzisztorai közötti kapcsolatokon alapul. A kaputömbök ismét két típusra oszthatók, ezek a Channeled Gate Array és a Channel-less Gate Array. A csatornázott kaputömbökben a logikai cellák közötti kapcsolatokat a logikai cellák sorai közötti előre meghatározott csatornákon belül hajtják végre. Csatorna nélküli kaputömbök esetén a kapcsolatok a logikai cellák tetején lévő felső fémrétegen jönnek létre. A szabványos cella alapú ASICA szabványos cella alapú ASIC előre megtervezett logikai cellákat használ, mint a kapuk, multiplexerek, flip-flopok, összeadók stb. Ezeket a logikai cellákat standard celláknak nevezzük, amelyeket már megterveztek és egy könyvtárban tárolnak. Ez a könyvtár importálva van a CAD eszközbe, és a tervezés végrehajtható a könyvtár komponenseinek bemenetként történő felhasználásával. A szabványos cella alapú tervek általában állandó magasságú cellák soraiba vannak rendezve a chipen, akárcsak egy sor tégla. Logikai szintű komponensekkel kombinálva a szabványos cella alapú tervezések használhatók összetett funkciók, például szorzók és memóriatömbök megvalósítására. A szabványos cellaterv tartalmazhat nagyobb és összetettebb előre megtervezett cellákat is, például mikrovezérlőket vagy mikroprocesszorokat. Ezeket a nagyobb cellákat megacelláknak nevezik. Design FlowEddig rövid bevezetőt láthatott az ASIC-ről és néhány fontos ASIC-típusról. Ebben a részben próbáljuk meg röviden megérteni az ASIC tervezésével és fejlesztésével kapcsolatos konkrét folyamatfolyamatokat és eljárásokat. A következő kép egy tipikus tervezési folyamatot mutat be egy félig egyedi ASIC tervezésében. Alapvetően 10 lépésre osztható.Tervezési bejegyzés: A lépésben a logikai tervezést egy hardverleíró nyelv (HDL) segítségével, például VHDL vagy Verilog segítségével, vagy sematikus bejegyzés segítségével készítjük el.Logikai szintézis: Miután a logikát a HDL vagy sematikus bejegyzés, a következő lépés a logikai cellák és kapcsolataik leírásának kinyerése. Ezt az információt Netlistnak is nevezik.Rendszerparticionálás: A következő lépés az egész rendszer logikai felosztása kis ASIC méretű blokkokra. Elrendezés előtti szimuláció: Mielőtt belemennénk a tervezés tényleges fizikai elrendezésébe, egy szimulációs eszköz ellenőrzi az áramkört megfelelő munkavégzés. Valójában ezt a folyamatot minden lépésben végrehajtják, így ha bármilyen hibát találnak, akkor könnyen kijavíthatók ebben a szakaszban. Az idáig tartó folyamatot általában logikai tervezésnek tekintik. Az ezt követő lépések a tervezés tényleges fizikai elrendezéséhez kapcsolódnak. Alaprajz: A fizikai tervezés első lépése az áramkör összes blokkjának elrendezése a chipen.Elhelyezés: Ebben a lépésben a logikai cellák elhelyezkedése egy blokk van beállítva.Útválasztás: Ha a blokkok és cellák elhelyezése befejeződött, akkor itt az ideje a cellák és a blokkok közötti kapcsolatok létrehozásának.Kivonás: Következő lépésként meg kell határozni a korábban létrehozott összekapcsolások ellenállását és kapacitását, hiszen ők döntik el a jel késleltetését. A késleltetéseket is ebben a szakaszban számítják ki. Elrendezés utáni szimuláció: Amint a fizikai tervezés befejeződött, az áramkör működését ismét tesztelik. A korábban kiszámított késleltetéseket a szimulációs folyamat során is figyelembe veszik.Tervezési szabályellenőrzés (DRC): Az utolsó lépés a teljes áramkör elrendezésének ellenőrzése, és annak ellenőrzése, hogy az megfelel-e a tervezési szabályok előírásainak.AlkalmazásokAz ASIC-k alkalmazási területe nagyon széles, mivel alapvetően mindenhol használják, ahol teljesítményre, testreszabásra és méretre van szükség.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista