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各類型專用集成電路(ASIC)芯片設計概念全集

推动电子吉泽明步AV吉泽明步AV革命的技术之一是“ 集成電路 ”。该技术通过增加每个芯片的逻辑门密度来减小电子吉泽明步AV的尺寸。今天我们有不同类型和配置的IC。正如我们观察到的那样,我们发现一些IC只能用于一个特定的应用,而一些IC可以重新编程并用于各种应用。这些类型的IC被命名为ASIC。

在我們的日常生活中,我們遇到了各種類型的電子吉泽明步AV。推動電子吉泽明步AV生産革命的技術之一是“ 集成電路 ”。該技術通過增加每個芯片的邏輯門密度來減小電子吉泽明步AV的尺寸。今天我們有不同類型和配置的IC。正如我們觀察到的那樣,我們發現一些IC只能用于一個特定的應用,而一些IC可以重新編程並用于各種應用。這些類型的IC被命名爲ASIC。但他們有什麽不同?怎麽可能重新編程呢?爲什麽有些IC無法重新編程?繼續尋找這些問題的答案。

什么是ASIC(专用集成電路)?

ASIC完整形式是专用集成電路。这些电路是特定应用的。为特定应用定制的IC。这些通常根据特定应用程序的要求从根级设计。一些基本的专用集成電路示例是玩具中使用的芯片,用于存储器和微处理器接口的集成電路芯片等......这些芯片只能用于设计这些集成電路芯片的应用。据推测,这些类型的IC仅适用于那些吉泽明步AV规模大的吉泽明步AV。由于ASIC是从根本级设计的,因此成本较高,仅推荐用于大批量吉泽明步AV。

ASIC的主要優點是減小了芯片尺寸,因爲電路的大量功能單元是在單個芯片上構建的。現代ASIC通常包括32位微處理器,存儲器塊,網絡電路等......這種類型的ASIC被稱爲片上系統。隨著制造技術的發展和集成電路设计方法的不斷研究,開發出具有不同定制水平的ASIC。

ASIC的類型

ASIC基于允許程序員在芯片上進行的定制量來分類。

ASIC集成電路的类型
ASIC的類型

完全自定義

在這種類型的設計中,所有邏輯單元都是針對特定應用而定制的。設計人員必須專門爲電路制作邏輯單元。用于互連的所有掩模層都是定制的。因此,程序員無法改變芯片的互連,而在編程時他必須了解電路布局。

全定制ASIC的最佳示例之一是微處理器。這種定制允許設計人員在單個IC上構建各種模擬電路,優化的存儲器單元或機械結構。該ASIC制造和設計成本高且非常耗時。設計這些IC的時間大約是八周。

这些通常用于高级应用程序。最佳性能,最小化面积和最高灵活性是完全定制设计的主要特征。最终,设计风险很高,因为所使用的逻辑单元,電阻器等电路元件未经过预先测试。

半定制

在这种类型的设计中,逻辑单元取自标准库。它们不是完全自定義设计中的手工制作。一些面具是自定义的,而一些是从预先设计的库中获取的。基于从库中获取的逻辑单元的类型和互连所允许的定制量,这些ASIC分为两种类型 - 基于標准單元的ASIC和基于门阵列的ASIC。

1)基于標准單元的ASIC

要了解这些IC,首先要让我们了解标准单元库的含义。一些逻辑单元,例如AND门,OR门,多路複用器,觸發器,由设计人员使用不同的配置进行预先设计,标准化并以库的形式存储。该集合称为标准单元库。

基于標准單元的ASIC集成電路芯片
基于標准單元的ASIC

在基于標准單元的ASIC逻辑单元中,使用来自这些标准库的单元。在ASIC芯片上,标准单元区域或柔性块由以行的形式排列的标准单元组成。除了这些灵活的块之外,像微控制器甚至微处理器这样的巨型单元也被用在芯片上。这些兆单元也称为Mega函数,系统级宏,固定块,功能标准块。

上圖表示具有單個標准單元區域和四個固定塊的標准單元ASIC。掩模層是定制的。設計人員可以在芯片上的任何位置放置標准單元。這些也稱爲C-BIC。

2)基于門陣列的ASIC

这种半定制ASIC 在硅晶片上具有预定义的晶體管。设计者不能改变管芯上存在的晶體管的位置。基本阵列是门阵列的预定义模式,基本单元是基本阵列的最小重复单元。

设计人员只负责使用芯片的前几个金属层来改变晶體管之间的互连。设计师从门阵列库中选择。这些通常称为蒙板门阵列。基于门阵列的ASIC有三种类型。它们是通道門陣列,无通道門陣列和結構化門陣列。

A)Channeled門陣列

在这种类型的门阵列中,布线空间留在晶體管行之间。这些类似于CBIC,因为空间留给了块之间的互连,但是通道門陣列单元行的高度是固定的,而在CBIC中,这个空间可以调整。


通道門陣列

该门阵列的一些主要特征是 - 该门阵列使用行之间的预定义空间进行互连。制造时间为两天到两周。

B)通道更少的門陣列

如在通道門陣列中看到的那样,在单元行之间没有留下用于布线的空闲空间。这里,从门阵列单元上方完成布线,因为我们可以定制金属1和晶體管之间的连接。对于布线,我们将晶體管放置在未使用的布线路径中。制造前置时间约为两周。


通道更少的門陣列

C)結構化門陣列

如上所示,這種類型的門陣列具有嵌入塊以及門陣列行。結構化門陣列具有更高的CBIC面積效率。與Masked門陣列一樣,它們具有更低的成本和更快的周轉時間。這裏,嵌入式功能的固定大小對結構化門陣列構成限制。例如,這個門陣列是否包含爲32k位控制器保留的區域,但如果在應用程序中我們只需要16k位控制器的區域,則剩余區域將被浪費。所有門陣列的周轉時間爲兩天到兩周,都有定制的互連。


結構化門陣列

可編程ASIC

有两种类型的可編程ASIC。它们是PLD和FPGA:

PLD(可編程邏輯器件)

这些是现成的标准细胞。我们可以对PLD进行编程以定制应用程序的一部分,因此它们被视为ASIC。我们可以使用不同的方法和软件来编程PLD。它们包含常规的逻辑单元矩阵,通常是可编程阵列逻辑以及觸發器或鎖存器。这里互连作为单个大块存在。

PROM是该IC的常见示例。EPROM使用MOS晶體管作为互连,因此通过施加高电压,我们可以对其进行编程。PLD没有定制的逻辑单元或互连。这些都有一个快速的设计周转。

可編程邏輯器件
可編程邏輯器件

FPGA(現場可編程門陣列)

其中PLD具有可編程陣列邏輯作爲邏輯單元FPGA具有類似門陣列的布置。PLD比FPGA更小,更簡單。由于其靈活性和特性,FPGA正在取代微電子系統中的TTL。設計周轉只有幾個小時。


現場可編程門陣列

核心由可编程基本逻辑单元组成,可以执行组合逻辑和顺序逻辑。我们可以使用某些方法编程逻辑单元和互连。基本逻辑单元被可编程互连矩阵包围,并且核心被可编程I / O单元包围。

FPGA通常包括可配置逻辑块,可配置I / O块,可编程互连,时钟电路,ALU,存储器,解码器。

我們已經看到了不同類型的ASIC。現在讓我們了解在制造過程中完成所有這些自定義和互連的時間。

专用集成電路(ASIC)设计流程

設計ASIC以逐步的方式進行。這種步驟順序稱爲ASIC設計流程。設計流程的步驟在下面的流程圖中給出。

ASIC集成電路设计流程
ASIC設計流程

設計輸入:在此步骤中,设计的微体系结构使用硬件描述语言(如VHDL,Verilog和System Verilog)实现。

邏輯綜合:在此步驟中,使用HDL准備要使用的邏輯單元的網表,互連類型和應用所需的所有其他部分。

系統分區:在這一步,我們將大尺寸的芯片分成ASIC尺寸的芯片。

布局前模擬:在此步驟中,進行模擬測試以檢查設計是否包含任何錯誤。

平面規劃:在此步驟中,網表上的塊排列在芯片上。

放置:在此步驟中,確定塊內單元格的位置。

路由:在此步骤中,在块和单元之间绘制连接。提取:在此步骤中,我们确定電阻值和互连電容值等电气特性。

布局後模擬:在提交制造模型之前,進行模擬以檢查系統是否與互連負載一起正常運行。

ASIC的例子

現在已經了解了ASIC的不同特性,讓我們看一些ASIC的例子。

標准單元ASIC: LCB 300k,500k来自LSI Logic公司,SIG1,2,3个来自ABB Hafo Inc.,GCS90K来自GCS Plessey。

門陣列吉泽明步AV: Harris Semiconductor的AUA20K,National Semiconductors的SCX6Bxx,德州仪器的TGC / TEC系列。

PLD吉泽明步AV: Advanced系列的PAL系列,飛利浦半導體的GAL系列,XC7300的XC7300和XILINX的EPLD。

FPGA吉泽明步AV: XILINX的XC2000,XC3000,XC4000,XC5000系列,QuickLogic的pASIC1,Altera的MAX5000。

ASIC的應用

ASIC的独特性彻底改变了电子吉泽明步AV的制造方式。这些减小了芯片尺寸,同时增加了每个芯片的逻辑门密度。ASIC通常是高级应用的首选。ASIC芯片用作卫星,ROM制造,微控制器和医疗和研究领域的各种应用的IP核。ASIC的趋势应用之一是BITCOIN MINER。

比特幣礦工

加密货币的挖掘需要更大的功率和高速硬件。通用CPU不能以高速提供如此高的计算能力。ASIC比特幣礦工是专门设计的主板和电源中的芯片,构建在一个单元中。它是一种专门设计的硬件,直到芯片级别,用于比特币挖掘。这些单元只能执行单一加密货币的算法。对于不同类型的加密货币,我们可能需要另一个矿工。

ASIC的優點和缺點

ASIC的優點包括以下內容:

? 小尺寸的ASIC使其成为复杂大型系统的高选择。

? 由于在单个芯片上构建了大量电路,因此会导致高速应用。

? ASIC具有低功耗。

? 因为它们是芯片上的系统,所以电路并排存在。因此,需要非常小的路由来连接各种电路。

? ASIC没有时序问题和后期制作配置。

ASIC的缺點包括以下內容:

? 由于这些是定制芯片,因此它们为编程提供低灵活性。

? 由于这些芯片必须从根部设计,因此每单位成本高。

? ASIC具有更长的上市时间。

ASIC與FPGA

ASIC和FPGA之間的區別包括以下內容。

ASIC和FPGA的區別表
ASIC和FPGA的區別表

因此,这完全是关于专用集成電路的概述。ASIC的发明引起了电子设备使用方式的巨大变化。我们以各种应用的形式在日常生活中使用ASIC。您遇到过哪些ASIC集成電路应用?您使用的是哪种类型的ASIC集成電路呢?
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