Panimula sa Application Specific Integrated Circuit (ASIC)

Subukan Ang Aming Instrumento Para Sa Pagtanggal Ng Mga Problema





Sa aming pang-araw-araw na buhay, nakakaranas kami ng iba't ibang mga uri ng mga elektronikong gadget. Ang isa sa mga teknolohiya na naglabas ng isang rebolusyon sa paggawa ng electronics ay ' Integrated Circuit '. Ang teknolohiyang ito ay nagbawas ng laki ng mga produktong elektronikon sa pamamagitan ng pagdaragdag ng density ng mga gate ng lohika bawat maliit na tilad Ngayon ay mayroon kaming iba't ibang mga uri at pagsasaayos ng mga IC's. Sa pagmamasid namin sa paligid nalaman namin na ang ilang mga IC ay magagamit lamang para sa isang tukoy na application habang ang ilang mga IC ay maaaring reprogrammed at magamit para sa iba't ibang mga application. Ang mga uri ng IC na ito ay pinangalanan bilang ASICs. Ngunit paano sila magkakaiba? Paano posible na mai-reprogram ang mga ito? Bakit ang ilang mga IC ay hindi maaaring muling maprograma? Umasa ka upang makahanap ng mga sagot sa mga katanungang ito.

Ano ang Isang ASIC (Tiyak na Integrated Circuit ng Application)?

ASIC buong form ay Tukoy ng Application na Integrated Circuit. Ang mga circuit na ito ay tukoy sa aplikasyon. pinasadya ng mga ginawang IC para sa isang partikular na aplikasyon. Karaniwan itong dinisenyo mula sa antas ng ugat batay sa kinakailangan ng partikular na aplikasyon. Ang ilan sa mga pangunahing mga halimbawa ng integrated circuit na partikular sa application ang mga chip ay ginagamit sa mga laruan, ang chip na ginamit para sa interfacing ng memorya at microprocessor atbp ... Ang mga chips ay maaaring magamit lamang para sa isang application na kung saan dinisenyo ang mga ito. Malamang, ito mga uri ng IC ay ginustong lamang para sa mga produktong mayroong isang malaking pagpapatakbo ng produksyon. Tulad ng mga ASIC ay dinisenyo mula sa antas ng ugat mayroon silang mataas na gastos at inirerekumenda lamang para sa mataas na dami ng mga produksyon.




Ang pangunahing bentahe ng ASIC ay nabawasan ang laki ng maliit na tilad bilang isang malaking bilang ng mga yunit ng pag-andar ng isang circuit na itinayo sa isang solong maliit na tilad. Karaniwang may kasamang 32-bit ang modernong ASIC microprocessor , mga bloke ng memorya, mga circuit ng network atbp… Ang mga nasabing uri ng ASIC ay kilala bilang System sa Chip . Sa pag-unlad ng teknolohiya ng pagmamanupaktura at pagtaas ng pananaliksik sa mga pamamaraan ng disenyo, ang mga ASIC na may iba't ibang antas ng pagpapasadya ay binuo.

Mga uri ng ASIC

Ang mga ASIC ay ikinategorya batay sa dami ng pagpapasadya na pinapayagan na gawin ng isang programmer sa isang maliit na tilad.



Mga uri ng ASIC

Mga uri ng ASIC

Buong Pasadya

Sa ganitong uri ng disenyo ang lahat ng mga cell ng lohika ay pinasadya na ginawa para sa tukoy na aplikasyon. Ang espesyalista ay dapat na espesyal na gumawa ng mga cell ng lohika para sa mga circuit. Ang lahat ng mga layer ng mask para sa pagkakaugnay ay na-customize. Kaya't hindi maaaring baguhin ng programmer ang mga pagkakabit ng maliit na tilad at habang ang pagprograma ay dapat niyang magkaroon ng kamalayan sa layout ng circuit.

Ang isa sa mga pinakamahusay na halimbawa ng Buong pasadyang ASIC ay isang microprocessor. Pinapayagan ng ganitong uri ng pagpapasadya ang mga tagadisenyo na magtayo ng iba't ibang mga analog circuit, na-optimize na mga cell ng memorya, o istrakturang mekanikal sa isang solong IC. Ang ASIC na ito ay magastos at napakapanganib sa paggawa at disenyo. Ang oras ay ginugol upang idisenyo ang mga IC na ito ay halos walong linggo.


Karaniwan itong inilaan para sa mga application na may mataas na antas. Ang maximum na pagganap, pinaliit na lugar at pinakamataas na antas ng kakayahang umangkop ay mga pangunahing tampok ng Buong pasadyang disenyo. Sa kalaunan, ang peligro ay mataas sa disenyo habang ang mga cell ng lohika, risistor atbp ... mga elemento ng circuit na ginamit ay hindi pinagpapanggap.

Semi-Custom

Sa ganitong uri ng disenyo ng mga cell ng lohika ay kinuha mula sa karaniwang mga silid aklatan .i.e. hindi sila handcrafted tulad ng sa Buong pasadyang disenyo. Ang ilang mga maskara ay na-customize habang ang ilan ay kinuha mula sa paunang disenyo ng silid-aklatan. Batay sa uri ng mga cell ng lohika na kinuha mula sa silid-aklatan at halaga ng pagpapasadya na pinapayagan para sa magkakaugnay na mga ASIC na ito ay nahahati sa dalawang uri- Karaniwan na nakabatay sa cell na ASIC at nakabatay sa ASIC na batay sa Gate.

1). Karaniwang cell-based na ASIC

Upang malaman muna ang mga IC ipaalam sa amin na maunawaan kung ano ang kinakatawan ng isang pamantayang cell library. Ang ilan sa mga cell ng lohika tulad ng AT mga pintuang-daan, O mga pintuang-daan , multiplexer, tsinelas ay paunang hinanda ng mga taga-disenyo na gumagamit ng iba't ibang mga pagsasaayos, na-standardize at nakaimbak sa anyo ng isang silid-aklatan. Ang koleksyon na ito ay kilala bilang karaniwang cell library.

Batay sa Cellular na ASIC

Karaniwang ASIC na nakabatay sa Cell

Sa karaniwang cell-based, ginagamit ang mga ASIC logic cell mula sa mga pamantayang aklatan na ito. Sa ASIC chip standard cell area o may kakayahang umangkop na bloke ay binubuo ng mga karaniwang cell na nakaayos sa anyo ng mga hilera. Kasama ang mga nababaluktot na bloke ng mga mega cell tulad ng microcontrollers o kahit microprocessors ay ginagamit on-chip. Ang mga mega cell na ito ay kilala rin bilang mga pagpapaandar ng Mega, macros sa antas ng system, naayos na mga bloke, Magagamit na karaniwang mga bloke.

Sa itaas na pigura ay kumakatawan sa isang karaniwang cell ASIC na may isang solong karaniwang lugar ng cell at apat na naayos na mga bloke. Ang mga layer ng mask ay na-customize. Dito mailalagay ng taga-disenyo ang mga karaniwang cell kahit saan sa mamatay. Kilala rin ito bilang C-BIC.

2). Batay sa Array Batay sa ASIC

Ang ganitong uri ng semi-pasadyang ASIC ay natukoy na transistors sa silicon wafer .i.e. hindi mababago ng taga-disenyo ang paglalagay ng mga transistors na naroroon sa die. Ang base array ay ang paunang natukoy na pattern ng array ng gate at ang base cell ay ang pinakamaliit na paulit-ulit na cell ng base array.

May pananagutan lamang ang taga-disenyo na baguhin ang ugnayan sa pagitan ng mga transistor gamit ang unang ilang mga layer ng metal ng die. Ang taga-disenyo ay pipiliin mula sa gate array library. Ito ay madalas na tinatawag na Masked Gate Array. Ang Gate Array Base na ASIC ay may tatlong uri. Ang mga ito ay Naka-Channel Array Gate, mas mababa ang array ng gate at isang nakabalangkas na array ng gate.

a) .Cannneled Gate Array

Sa ganitong uri ng array ng gate, ang puwang ng mga kable ay naiwan sa pagitan ng mga hilera ng transistors. Ito ay katulad ng CBIC dahil ang puwang ay natitira para sa pagkakaugnay sa pagitan ng mga bloke ngunit sa mga naka-channel na mga hanay ng cell array ng gate ay naayos sa taas samantalang sa CBIC ang puwang na ito ay maaaring ayusin.

Naka-Channel Array ng Gate

Naka-Channel Array ng Gate

Ang ilan sa mga pangunahing tampok ng array ng gate na ito ay- ang array ng gate na ito ay gumagamit ng paunang natukoy na mga puwang sa pagitan ng mga hilera para sa magkakaugnay. Ang oras ng paggawa ay dalawang araw hanggang dalawang linggo.

b). Mas Mababang Array ng Channel

Walang natitirang libreng puwang para sa pagruruta sa pagitan ng mga hanay ng mga cell tulad ng nakikita sa naka-channel na gate array. Narito ang pagruruta mula sa itaas ng mga cell ng gate array dahil maaari naming ipasadya ang koneksyon sa pagitan ng metal 1 at mga transistor. Para sa pagruruta, iniiwan namin ang mga transistors na nakahiga sa landas ng pagruruta na hindi nagamit. Ang oras ng pagmamanupaktura ng lead ay halos dalawang linggo.

Mas Mababang Array ng Channel

Mas Mababang Array ng Channel

c). Istrakturang Gate Array

Ang ganitong uri ng array ng gate ay may naka-embed na bloke kasama ang mga hilera ng hanay ng gate na nakikita sa itaas. Ang nakabalangkas na hanay ng gate ay may mas mataas na kahusayan ng lugar ng CBIC. Tulad ng Masked gate array ang mga ito ay may mas mababang gastos at mas mabilis na pag-ikot. Dito ang nakapirming laki ng naka-embed na pag-andar ay nagpapahiwatig ng isang limitasyon sa nakaayos na gate array. Halimbawa, ang array ng gate na ito ay naglalaman ng isang lugar na nakalaan para sa 32k bit controller ngunit kung sa isang application ay nangangailangan lamang kami ng isang lugar para sa 16k bit controller ang natitirang lugar ay nasayang. Ang lahat ng array ng gate ay may oras ng pag-ikot ng dalawang araw hanggang dalawang linggo at lahat ay may ipinasadyang magkakaugnay.

Istrakturang Gate Array

Istrakturang Gate Array

Programmable ASIC

Mayroong dalawang uri ng maaaring maiprogramang ASIC. PLD at FPGA sila

PLDs (Programmable Logic Devices)

Ito ang karaniwang mga cell na madaling magagamit. Maaari kaming magprogram ng isang PLD upang ipasadya ang isang bahagi ng aplikasyon, kaya isinasaalang-alang sila bilang ASIC. Maaari kaming gumamit ng iba't ibang mga pamamaraan at software upang mai-program ang isang PLD. Naglalaman ang mga ito ng isang regular na matrix ng mga cell ng lohika na karaniwang maaaring mai-program na array na lohika kasama ang mga flip-flop o latches. Narito ang mga pagkakaugnay bilang isang solong malaking bloke.
Ang PROM ay isang pangkaraniwang halimbawa ng IC na ito. Gumagamit ang EPROM ng mga transistor MOS bilang magkakaugnay sa pamamagitan ng paglalapat ng mataas na boltahe maaari nating mai-program ito. Ang mga PLD ay walang pasadyang mga cell ng lohika o magkakaugnay. Ang mga ito ay may isang mabilis na pag-ikot ng disenyo.

Programmable Logic Devices

Programmable Logic Devices

FPGAs (Field Programmable Gate Array)

Kung saan ang mga PLD ay may nai-programm na array na lohika bilang mga cell ng lohika FPGA may pag-aayos na tulad ng gate array. Ang mga PLD ay mas maliit at mas kumplikado kaysa sa FPGAs. Dahil sa kakayahang umangkop at mga katangian nito, ang FPGA ay pumapalit TTL sa mga microelectronic system. Ang turnaround ng disenyo ay ilang oras lamang.

Field Programmable Gate Array

Field Programmable Gate Array

Ang core ay binubuo ng programmable pangunahing mga cell ng lohika na maaaring gumanap pareho kombinasyon at sunud-sunod na lohika . Maaari kaming magprogram ng mga cell ng lohika at magkaugnay gamit ang ilang mga pamamaraan. Ang mga pangunahing cell ng lohika ay napapaligiran ng matrix ng programmable interconnects at ang core ay napapaligiran ng programmable I / O cells.

Karaniwan na binubuo ng FPGA ang mai-configure na mga bloke ng lohika, mai-configure ang I / O na mga bloke, programmable interconnects, orasan circuitry, ALU, memorya, decoder.

Nakita namin ang iba't ibang mga uri ng ASIC na magagamit. Ngayon ay maunawaan natin kung kailan ang lahat ng mga pagpapasadya at magkakaugnay na ito ay tapos na sa paggawa.

Daloy ng Disenyo ng Tukoy na Integrated Integrated Circuit (ASIC) na Application

Ang pagdidisenyo ng isang ASIC ay isinasagawa nang sunud-sunod na pamamaraan. Ang pagkakasunud-sunod ng mga hakbang na ito ay kilala bilang Disenyo ng ASIC Daloy Ang mga hakbang sa daloy ng disenyo ay ibinibigay sa tsart ng daloy sa ibaba.

Daloy ng Disenyo ng ASIC

Daloy ng Disenyo ng ASIC

Entry ng Disenyo: Sa hakbang na ito, ang microarchitecture ng disenyo ay ipinatupad gamit ang mga wika ng paglalarawan ng hardware tulad ng VHDL, Verilog at System Verilog.
Sintesis sa Lohika: Sa hakbang na ito ang isang netlist ng mga cell ng lohika na gagamitin, mga uri ng mga pagkakaugnay at lahat ng iba pang mga bahagi na kinakailangan para sa aplikasyon ay inihanda gamit ang HDL.
Paghahati sa System: Sa hakbang na ito, hinahati namin ang higit sa laki na laki sa mga piraso ng laki ng ASIC.
Pre-Layout Simulation: Sa hakbang na ito, ginagawa ang isang simulation test upang suriin kung ang disenyo ay naglalaman ng anumang mga error.
Pagpaplano sa Palapag: Sa hakbang na ito ang mga bloke ng netlist ay nakaayos sa chip.
Paglalagay: Sa hakbang na ito ang lokasyon ng mga cell sa loob ng bloke ay napagpasyahan.
Ruta: Sa hakbang na ito, ang mga koneksyon ay iginuhit sa pagitan ng mga bloke at cell. Pagkuha: Sa hakbang na ito, natutukoy namin ang mga katangiang elektrikal tulad ng halaga ng paglaban at ang halaga ng capacitance ng magkakaugnay.
Post-Layout Simulation: Bago ang pagsumite ng modelo para sa pagmamanupaktura ng simulation na ito ay tapos na upang suriin kung gumana nang maayos ang system kasama ang isang pagkarga ng magkakaugnay.

Mga halimbawa ng ASIC

Ang pagkakaroon ng pagkakilala sa iba't ibang mga katangian ng ASIC ngayon ay tingnan natin ang ilang mga halimbawa ng ASIC.
Karaniwang ASIC na nakabatay sa cell: LCB 300k, 500k mula sa LSI Logic Company, SIG1, 2, 3 pamilya mula sa ABB Hafo Inc., GCS90K ng GCS Plessey.
Mga Produkto ng Gate Array: AUA20K mula sa Harris Semiconductor, SCX6Bxx mula sa National Semiconductors, mga pamilya ng TGC / TEC mula sa Texas Instruments.
Mga Produkto ng PLD: Pamilya ng PAL ng mga Advanced Micro Devices, pamilya ng GAL mula sa Philips Semiconductors, XC7300 at EPLD mula sa XILINX.
Mga Produkto ng FPGA: XC2000, XC3000, XC4000, XC5000 serye mula sa XILINX, pASIC1 ng QuickLogic, MAX5000 mula sa Altera.

Mga aplikasyon ng ASIC

Ang pagiging natatangi ng ASIC ay binago ang paraan ng paggawa ng electronics. Binawasan nito ang mga laki ng die habang pinapataas ang density ng mga gate ng lohika bawat maliit na tilad Ang ASICs ay karaniwang ginustong para sa mga application na may mataas na antas. Ang ASIC chip ay ginagamit bilang mga IP core para sa mga satellite, pagmamanupaktura ng ROM, Microcontroller at iba`t ibang mga uri ng aplikasyon sa mga sektor ng medikal at pananaliksik. Isa sa mga nagte-trend na aplikasyon ng ASIC ay ang BITCOIN MINER.

Bitcoin Miner

Ang pagmimina ng cryptocurrency ay nangangailangan ng mas malaking lakas at high-speed na hardware. Ang isang pangkalahatang layunin na CPU ay hindi maaaring magbigay ng tulad ng isang mas mataas na kapasidad sa computing sa mataas na bilis. Ang mga minero ng ASIC bitcoin ay mga chip na binuo sa mga espesyal na idinisenyong mga motherboard at mga supply ng kuryente , na itinayo sa isang solong yunit. Ito ay isang sadyang dinisenyo hardware hanggang sa antas ng maliit na tilad para sa pagmimina ng bitcoin. Ang mga yunit na ito ay maaaring magpatupad ng algorithm ng solong cryptocurrency. Para sa isang iba't ibang uri ng cryptocurrency siguro, nangangailangan kami ng isa pang minero.

Mga Kalamangan at Kalamangan ng ASIC

Ang bentahe ng ASIC isama ang sumusunod.

    • Ginagawa ito ng maliit na sukat ng ASIC na isang mataas na pagpipilian para sa sopistikadong mas malalaking mga system.
    • Bilang isang malaking bilang ng mga circuit na binuo sa isang solong maliit na tilad, nagdudulot ito ng mga bilis ng aplikasyon.
    • Ang ASIC ay may mababang paggamit ng kuryente.
    • Dahil sila ang sistema sa maliit na tilad, ang mga circuit ay naroroon nang magkatabi. Kaya, napaka-minimal na pagruruta ang kinakailangan upang kumonekta sa iba't ibang mga circuit.
    • Ang ASIC ay walang mga isyu sa oras at pagsasaayos ng post-production.

Ang mga kawalan ng ASIC isama ang sumusunod.

    • Tulad ng mga ito ay ipasadyang mga chips nagbibigay sila ng mababang kakayahang umangkop para sa pag-program.
    • Tulad ng mga chips na ito ay kailangang idisenyo mula sa antas ng ugat sila ay may mataas na gastos bawat yunit.
    • Ang ASIC ay may mas malaking oras sa market margin.

ASIC vs FPGA

Ang pagkakaiba sa pagitan ng ASIC at FPGA ay may kasamang sumusunod.

ASIC

FPGA

Hindi maprogrammable

Mapa-program na muli

Ginustong para sa Mataas na dami ng produksyon

Ginustong para sa mga mababang paggawa ng volume
Ito ang Mga Tiyak na Application

Ginamit bilang mga prototype ng isang system

Ang Efficient ng Enerhiya ay nangangailangan ng mas kaunting lakas

Ang mas kaunting mahusay na enerhiya ay nangangailangan ng mas maraming lakas

Ito ang permanenteng circuitry na hindi maaaring ma-upgrade paminsan-minsan.Lubhang naaangkop para sa mga application kung saan ang circuit ay kailangang na-upgrade oras-oras tulad ng mga chip ng cell phone, Base station atbp

Kaya, ito ay tungkol sa isang pangkalahatang ideya ng Tukoy ng Application na Integrated Circuit . Ang pag-imbento ng ASIC ay sanhi ng isang napakalaking pagbabago sa paraan ng paggamit ng electronics. Gumagamit kami ng ASIC sa aming pang-araw-araw na buhay sa anyo ng iba't ibang mga application. Aling mga application ng ASIC ang iyong naranasan? Anong uri ng ASIC ang iyong nakatrabaho?