Uvod u integrirani krug specifičan za primjenu (ASIC)

U svakodnevnom životu nailazimo na razne vrste elektroničkih naprava. Jedna od tehnologija koja je donijela revoluciju u proizvodnji elektronike je „ Integrirani krug “. Ova je tehnologija smanjila veličinu elektroničkih proizvoda povećavajući gustoću logička vrata po čipu. Danas imamo različite vrste i konfiguracije IC-a. Kako uočavamo uočavamo, otkrivamo da se neke IC mogu koristiti samo za jednu određenu aplikaciju, dok se neke IC mogu reprogramirati i koristiti za razne primjene. Ove vrste IC-a nazivaju se ASIC-ima. Ali kako se razlikuju? Kako ih je moguće reprogramirati? Zašto se neke IC-e ne može reprogramirati? Uskočite u pronalaženje odgovora na ova pitanja.

Što je ASIC (integrirani krug specifičan za aplikaciju)?

ASIC puni oblik je Integrirani krug specifičan za primjenu. Ti su krugovi specifični za primjenu, tj. prilagođene IC-ove za određenu primjenu. Obično su dizajnirani s korijenske razine na temelju zahtjeva određene aplikacije. Neki od osnovnih primjeri integriranih sklopova specifični za primjenu su čipovi koji se koriste u igračkama, čipovi koji se koriste za povezivanje memorije i mikroprocesora itd ... Ovi čipovi se mogu koristiti samo za onu jednu aplikaciju za koju su dizajnirani. Vjerojatno, ove vrste IC-a poželjni su samo za one proizvode koji imaju veliku proizvodnju. Kako su ASIC dizajnirani od korijenske razine, oni imaju visoku cijenu i preporučuju se samo za velike količine proizvodnje.

Glavna prednost ASIC-a je smanjena veličina čipa jer je velik broj funkcionalnih jedinica kruga konstruiran preko jednog čipa. Suvremeni ASIC općenito uključuje 32-bitni mikroprocesor , memorijski blokovi, mrežni krugovi itd ... Takva vrsta ASIC-a poznata je kao Sustav na čipu . Razvojem proizvodne tehnologije i povećanim istraživanjima u metodama dizajna razvijaju se ASIC-ovi s različitim razinama prilagodbe.

Vrste ASIC-a

ASIC-ovi su kategorizirani na temelju količine prilagodbe koju programer smije izvršiti na čipu.

Vrste ASIC-a

Potpuno prilagođeni

U ovoj vrsti dizajna sve su logičke stanice prilagođene za određenu primjenu, tj. dizajner mora posebno izraditi logičke ćelije za sklopove. Svi slojevi maske za međusobno povezivanje su prilagođeni. Dakle, programer ne može mijenjati međusobne veze čipa i tijekom programiranja mora biti svjestan rasporeda sklopa.

Jedan od najboljih primjera potpuno prilagođenog ASIC-a je mikroprocesor. Ova vrsta prilagodbe omogućuje dizajnerima da na jednom IC-u izgrade različite analogne sklopove, optimizirane memorijske ćelije ili mehaničke strukture. Ovaj ASIC je skup i vrlo dugotrajan za proizvodnju i dizajn. Potrebno je vrijeme za dizajn ovih IC-a oko osam tjedana.

Obično su namijenjeni aplikacijama na visokoj razini. Maksimalne performanse, minimalizirano područje i najveći stupanj fleksibilnosti glavne su značajke potpuno prilagođenog dizajna. Na kraju je rizik velik u dizajnu jer se logički ćelije, otpornici itd. ... elementi kruga koji nisu upotrijebljeni ne testiraju.

Poluprilagođeno

U ovoj vrsti dizajna logičke stanice uzimaju se iz standardnih knjižnica, tj. nisu ručno izrađeni kao u Potpuno prilagođenom dizajnu. Neke su maske prilagođene, dok su neke preuzete iz unaprijed dizajnirane knjižnice. Na temelju vrste logičkih ćelija preuzetih iz knjižnice i količine prilagodbe dopuštene za međusobne veze, ovi ASIC-i podijeljeni su u dva tipa - standardni ASIC temeljeni na ćelijama i ASIC temeljeni na matrici vrata.

1). Standardni ASIC na bazi stanica

Da bismo ih prvo poznavali, shvatimo što znači standardna knjižnica stanica. Neke logičke stanice poput I kapije, ILI kapije , multiplekseri, Japanke su dizajnirani od strane dizajnera koristeći različite konfiguracije, standardizirani i pohranjeni u obliku knjižnice. Ova je zbirka poznata kao standardna biblioteka stanica.

Standardni ASIC baziran na ćeliji

U standardnim ćelijama koriste se ASIC logičke stanice iz ovih standardnih knjižnica. Na ASIC čipu standardno područje ćelija ili fleksibilni blok sastoji se od standardnih ćelija raspoređenih u obliku redova. Zajedno s ovim fleksibilnim blokovima na čipu se koriste mega stanice poput mikrokontrolera ili čak mikroprocesora. Te mega stanice poznate su i pod nazivom Mega funkcije, makronaredbe na razini sustava, fiksni blokovi, Funkcionalni standardni blokovi.

Gornja slika predstavlja standardni ASIC ćelije s jednom standardnom površinom ćelije i četiri fiksna bloka. Slojevi maske prilagođeni su. Ovdje dizajner može postaviti standardne stanice bilo gdje na matrici. Oni su poznati i kao C-BIC.

2). ASIC na temelju niza vrata

Ova vrsta poluprilagođenih ASIC-a je unaprijed definirana tranzistori na silicijskoj pločici .tj. dizajner ne može promijeniti položaj tranzistora prisutnih na matrici. Osnovni niz je predefinirani uzorak polja vrata, a osnovna ćelija je najmanja ponavljajuća ćelija osnovnog niza.

Dizajner je odgovoran samo za promjenu međusobne povezanosti tranzistora pomoću prvih nekoliko metalnih slojeva matrice. Dizajner bira iz biblioteke polja vrata. Oni se često nazivaju maskiranim vratima. ASIC zasnovani na nizu vrata imaju tri vrste. Oni su kanalizirani niz vrata, niz vrata bez kanala i strukturirani niz vrata.

a) .Kanalizirani niz vrata

U ovoj vrsti niza vrata, prostor za ožičenje ostaje između redova tranzistora. Oni su slični CBIC-u jer je ostavljen prostor za međusobno povezivanje blokova, ali u kanaliziranim redovima ćelija polja vrata fiksni su po visini, dok se u CBIC-u taj prostor može prilagoditi.

Kanalizirani niz vrata

Neke od glavnih značajki ovog polja vrata su: ovaj niz vrata koristi unaprijed definirane razmake između redaka za međusobno povezivanje. Vrijeme izrade je dva dana do dva tjedna.

b). Niz manje ulaza u kanal

Ne ostaje slobodan prostor za usmjeravanje između redova ćelija kao što se vidi u kanaliziranom polju vrata. Ovdje se usmjeravanje vrši iznad ćelija niza vrata, jer možemo prilagoditi vezu između metala 1 i tranzistora. Za usmjeravanje ostavljamo tranzistore koji leže na putu usmjeravanja neiskorištene. Vrijeme proizvodnje je oko dva tjedna.

Niz manje ulaza u kanal

c). Strukturirani niz vrata

Ova vrsta polja vrata ima ugrađeni blok zajedno s redovima polja vrata kao što je prikazano gore. Strukturirani niz vrata ima veću površinsku učinkovitost od CBIC. Poput maskiranog niza vrata, oni imaju nižu cijenu i brži zaokret. Ovdje fiksna veličina ugrađene funkcije postavlja ograničenje na strukturirani niz vrata. Na primjer, sadrži li ovaj niz vrata područje koje je rezervirano za 32k bitni kontroler, ali ako u aplikaciji trebamo samo područje za 16k bitni kontroler, preostalo područje se troši. Svi matrični vrata imaju vrijeme obrade od dva dana do dva tjedna i svi imaju prilagođene međusobne veze.

Strukturirani niz vrata

Programabilni ASIC

Postoje dvije vrste programabilnih ASIC-a. To su PLD i FPGA

PLD-ovi (programibilni logički uređaji)

To su standardne stanice koje su lako dostupne. PLD možemo programirati za prilagođavanje dijela aplikacije, pa se oni smatraju ASIC-om. Za programiranje PLD-a možemo koristiti različite metode i softver. Sadrže redovnu matricu logičkih ćelija, koja se obično može programirati, logikom niza, zajedno s japankama ili zasunima. Ovdje su međusobne veze prisutne kao jedan veliki blok.
PROM je čest primjer ove IC. EPROM koristi MOS tranzistore kao međusobno povezivanje, tako da ga primjenom visokog napona možemo programirati. PLD-ovi nemaju prilagođene logičke ćelije ili međusobno povezivanje. Imaju brzi dizajn.

Programirani logički uređaji

FPGA (Field Programmable Gate Array)

Tamo gdje PLD-ovi imaju programibilnu logiku niza kao logičke ćelije FPGA ima raspored vrata sličan nizu. PLD-ovi su manji i manje složeni od FPGA-a. Zbog svoje fleksibilnosti i karakteristika, FPGA zamjenjuje TTL u mikroelektronskim sustavima. Zaokret dizajna je samo nekoliko sati.

Polje programabilni niz vrata

Jezgra se sastoji od programabilnih osnovnih logičkih ćelija koje mogu izvoditi obje kombinacijski i sekvencijalna logika . Možemo programirati logičke stanice i međusobno se povezivati ​​pomoću nekih metoda. Osnovne logičke stanice okružene su matricom programabilnih međusobnih veza, a jezgra okružena programabilnim I / O stanicama.

FPGA se obično sastoji od podesivih logičkih blokova, podesivih I / O blokova, programabilnih međusobnih veza, takta, ALU, memorije, dekodera.

Vidjeli smo različite vrste ASIC-a na raspolaganju. Ajmo sada razumjeti kada se sva ta prilagođavanja i međusobne veze izvršavaju tijekom proizvodnje.

Protok dizajna integriranog kruga (ASIC) specifičan za primjenu

Dizajn ASIC-a izvodi se korak po korak. Ovaj redoslijed koraka poznat je pod nazivom ASIC dizajn Teći. Koraci dizajnerskog tijeka dati su u donjem dijagramu toka.

ASIC dizajn protoka

Ulaz za dizajn: U ovom se koraku mikroarhitektura dizajna implementira pomoću jezika za opis hardvera kao što su VHDL, Verilog i System Verilog.
Sinteza logike: U ovom se koraku pomoću HDL-a priprema mrežni popis logičkih ćelija koje će se koristiti, vrste međusobnih veza i svi ostali dijelovi potrebni za aplikaciju.
Particioniranje sustava: U ovom koraku dijelimo uglavnom umrijete kockice u dijelove veličine ASIC.
Simulacija prije rasporeda: U ovom se koraku provodi simulacijski test kako bi se provjerilo sadrži li dizajn pogreške.
Tlocrt: U ovom su koraku blokovi netlist-a raspoređeni na čipu.
Plasman: U ovom se koraku odlučuje o položaju stanica unutar bloka.
Usmjeravanje: U ovom se koraku izvlače veze između blokova i ćelija. Vađenje: U ovom koraku određujemo električna svojstva poput vrijednosti otpora i vrijednosti kapacitivnosti interkonekcije.
Simulacija nakon rasporeda: Prije podnošenja modela za proizvodnju izvrši se ova simulacija kako bi se provjerilo funkcionira li sustav ispravno zajedno s opterećenjem međusobne povezanosti.

Primjeri ASIC-a

Poznavajući različite karakteristike ASIC-a, sada ćemo vidjeti neke primjere ASIC-a.
Standardni ASIC na bazi stanica: LCB 300k, 500k tvrtke LSI Logic Company, SIG1, 2, 3 obitelji tvrtke ABB Hafo Inc., GCS90K tvrtke GCS Plessey.
Proizvodi niza vrata: AUA20K tvrtke Harris Semiconductor, SCX6Bxx tvrtke National Semiconductors, obitelji TGC / TEC tvrtke Texas Instruments.
PLD proizvodi: PAL obitelj naprednih mikro uređaja, obitelj GAL tvrtke Philips Semiconductors, XC7300 i EPLD tvrtke XILINX.
FPGA proizvodi: Serije XC2000, XC3000, XC4000, XC5000 tvrtke XILINX, pASIC1 QuickLogic-a, MAX5000 tvrtke Altera.

Primjene ASIC-a

Jedinstvenost ASIC-a revolucionirala je način proizvodnje elektronike. To je smanjilo veličinu matrice, istovremeno povećavajući gustoću logička vrata po čipu. ASIC-i su obično preferirani za programe visoke razine. ASIC čip se koristi kao IP jezgra za satelite, proizvodnju ROM-a, Mikrokontroler i razne vrste primjena u medicinskom i istraživačkom sektoru. Jedna od trendovitih aplikacija ASIC-a je BITCOIN MINER.

Bitcoin Rudar

Rudarstvo kriptovaluta zahtijeva veću snagu i brzi hardver. CPU opće namjene ne može pružiti tako veći računalni kapacitet velikom brzinom. ASIC bitcoin rudari su čipovi ugrađeni u posebno dizajnirane matične ploče i napajanje , konstruirani u jednu cjelinu. Riječ je o namjerno dizajniranom hardveru, sve do razine čipa za rudarstvo bitcoina. Te jedinice mogu izvršavati algoritam samo jedne kripto valute. Za drugu vrstu kriptovalute, pretpostavljamo, potreban nam je drugi rudar.

Prednosti i nedostaci ASIC-a

The prednosti ASIC-a uključuju sljedeće.

• • Mala veličina ASIC-a čini ga velikim izborom za sofisticirane veće sustave.

• • Kako velik broj sklopova izgrađenih preko jednog čipa, to uzrokuje velike brzine aplikacija.

• • ASIC ima malu potrošnju energije.

• • Budući da su sustav na čipu, krugovi su prisutni jedan pored drugog. Dakle, vrlo je minimalno usmjeravanje potrebno za spajanje različitih sklopova.
  • ASIC nema problema s vremenom i konfiguracijom postprodukcije.

The nedostaci ASIC-a uključuju sljedeće.

• • Kako se radi o prilagođenim čipovima, oni pružaju malu fleksibilnost za programiranje.

• • Kako ovi čipovi moraju biti dizajnirani od korijena, oni imaju visoku cijenu po jedinici.
  • ASIC ima veće vrijeme za tržišnu maržu.

ASIC vs FPGA

Razlika između ASIC i FPGA uključuje sljedeće.

Dakle, ovdje se radi o pregledu Integrirani krug specifičan za primjenu . Izum ASIC-a prouzročio je ogromnu promjenu u načinu na koji se koristi elektronika. ASIC koristimo u svakodnevnom životu u obliku različitih aplikacija. S kojim ste se aplikacijama ASIC-a susreli? S kojom ste vrstom ASIC-a surađivali?