集成電路-專用集成電路（ASIC）簡介、優缺點等知識

電子產品生產革命的一項技術是“ 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產品的尺寸。今天，我們有不同類型和配置的IC。正如我們在周圍觀察到的那樣，我們發現有些IC僅可用于一種特定的應用，而有些IC可以重新編程并用于各種應用。這些類型的IC稱為ASIC。但是它們有何不同？如何對其進行重新編程？為什么有些IC無法重新編程？希望找到這些問題的答案。

什么是ASIC（專用集成電路）？

ASIC的完整形式是“ 專用集成電路”。這些電路是專用的，即為特定應用量身定制的IC。這些通常是根據特定應用程序的要求從根級別設計的。一些特定于應用的基本集成電路示例包括玩具中使用的芯片，用于存儲器和微處理器接口的芯片等……這些芯片只能用于設計了這些芯片的那個應用。大概，這些類型的IC僅對那些生產量大的產品是首選。由于ASIC是從根本上設計的，因此它們具有很高的成本，并且僅建議用于批量生產。

ASIC的主要優點是減小了芯片尺寸，因為在單個芯片上構造了電路的大量功能單元。現代ASIC通常包括32位微處理器，存儲塊，網絡電路等。這類ASIC被稱為片上系統。隨著制造技術的發展和對設計方法的研究的不斷發展，具有不同定制級別的ASIC被開發出來。

ASIC類型

ASIC是根據允許程序員在芯片上進行的定制量來分類的。

全定制

在這種類型的設計中，所有邏輯單元都是為特定應用量身定制的，即設計人員必須專門為電路制造邏輯單元。所有用于互連的掩模層都是定制的。因此程序員無法更改芯片的互連，并且在編程時必須了解電路布局。

完全定制ASIC的最佳示例之一是微處理器。這種類型的定制允許設計人員在單個IC上構建各種模擬電路，優化的存儲單元或機械結構。該ASIC成本高昂并且制造和設計非常耗時。設計這些IC所需的時間約為八周。

這些通常用于高級應用程序。最大的性能，最小的面積和最高的靈活性是完全定制設計的主要功能。最終，設計中的風險很高，因為未對邏輯單元，電阻器等使用的電路元件進行預測試。

半定制

在這種類型的設計中，邏輯單元是從標準庫中獲取的，即，它們不是像完全定制設計中那樣手工制作的。有些口罩是定制的，有些則是從預先設計的庫中提取的。基于從庫中獲取的邏輯單元的類型以及互連允許的定制量，這些ASIC分為兩種類型：基于標準單元的ASIC和基于門陣列的ASIC。

1）基于標準單元的ASIC

首先要了解這些IC，讓我們了解標準單元庫的含義。某些邏輯單元（例如與門，或門，多路復用器，觸發器）由設計人員使用不同的配置進行預先設計，并以庫的形式進行標準化和存儲。該集合稱為標準單元庫。

在基于標準單元的標準邏輯庫中，使用了這些標準庫中的ASIC邏輯單元。在ASIC芯片上，標準單元區域或柔性塊由以行形式排列的標準單元組成。連同這些靈活的模塊，在芯片上使用大型單元，例如微控制器甚至微處理器。這些兆單元也稱為兆功能，系統級宏，固定塊，功能標準塊。

上圖表示具有單個標準單元區域和四個固定塊的標準單元ASIC。遮罩層是自定義的。設計人員可以在此處將標準單元放置在管芯上的任何位置。這些也稱為C-BIC。

2）基于門陣列的ASIC

這種類型的半定制ASIC 在硅晶圓上具有預定義的晶體管，即設計人員無法更改管芯上存在的晶體管的位置。基本陣列是門陣列的預定義模式，基本單元是基本陣列中最小的重復單元。

設計人員僅負責使用管芯的前幾個金屬層來改變晶體管之間的互連。設計人員從門陣列庫中進行選擇。這些通常稱為“屏蔽門陣列”。基于門陣列的ASIC有三種類型。它們是通道化門陣列，無通道門陣列和結構化門陣列。

a）通道門陣列

在這種類型的門陣列中，在晶體管行之間留有布線空間。這些類似于CBIC，因為在塊之間保留了用于互連的空間，但在通道式門陣列單元行中的高度固定，而在CBIC中，此空間可以調整。

該門陣列的一些主要特征是-該門陣列使用行之間的預定義空間進行互連。制造時間為兩天到兩周。

b）無通道門陣列

如通道門陣列中所示，在單元的行之間沒有用于路由的剩余空間。這里的布線是從門陣列單元上方進行的，因為我們可以自定義金屬1和晶體管之間的連接。對于布線，我們不用使用位于布線路徑中的晶體管。生產準備時間約為兩周。

c）結構化門陣列

如上所示，這種類型的門陣列具有嵌入式塊以及門陣列行。結構化門陣列具有較高的CBIC面積效率。像屏蔽門陣列一樣，它們具有較低的成本和更快的周轉時間。在此，嵌入式功能的固定大小會限制結構化門陣列。例如，此門陣列是否包含為32k位控制器保留的區域，但是如果在應用程序中我們僅需要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為兩天到兩周，并且全部都有定制的互連。

專用集成電路（ASIC）設計流程

逐步設計ASIC。此步驟順序稱為ASIC設計流程。下面的流程圖中給出了設計流程的步驟。

設計輸入：在此步驟中，使用諸如VHDL，Verilog和System Verilog之類的硬件描述語言來實現設計的微體系結構。

邏輯綜合：在此步驟中，將使用HDL準備要使用的邏輯單元的網表，互連的類型以及應用程序所需的所有其他部件。

系統分區：在這一步，我們將大型裸片劃分為ASIC裸片。

布局前仿真：在此步驟中，進行仿真測試以檢查設計是否包含任何錯誤。

平面規劃：在此步驟中，將網表塊安排在芯片上。

放置：在此步驟中，確定塊內單元的位置。

路由：在此步驟中，將在塊和單元之間繪制連接。

提取：在此步驟中，我們確定電性能，例如電阻值和互連的電容值。

布局后仿真：在提交用于制造的模型之前，需要完成此仿真，以檢查系統是否正常運行以及互連負載。

ASIC的優缺點

ASIC的優點如下：

1、 ASIC的小尺寸使其成為復雜的大型系統的理想選擇。

2、由于在單個芯片上構建了大量電路，這導致了高速應用。

3、 ASIC具有低功耗。

4、 由于它們是芯片上的系統，因此電路并排存在。因此，連接? 各種電路所需的布線極少。

5、ASIC沒有時序問題和后期制作配置。

ASIC的缺點如下：

1、 由于這些是定制芯片，因此它們的編程靈活性較低。

2、 由于必須從根本上設計這些芯片，因此它們的單位成本較高。

3、ASIC擁有更大的上市時間。

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