Introduction à la technologie ASIC | Différents types, flux de conception, applications

Dans ce didacticiel, nous verrons une introduction de base à l'ASIC, quels sont les différents types de techniques de conception ASIC, le flux de conception ASIC, les applications et bien d'autres. -Custom ASICGate Array ASICStandard Cell based ASICDesign FlowApplicationsIntroductionAu sens large, un circuit intégré spécifique à une application ou simplement un ASIC peut être défini comme un circuit intégré personnalisé pour une application particulière ou une utilisation finale plutôt que de l'utiliser à des fins générales. Quelques exemples de base d'ASIC sont le circuit intégré dans un lecteur DVD pour décoder les informations sur un disque optique ou un circuit intégré conçu comme un contrôleur de charge pour les batteries lithium-ion. Les ASIC sont assez différents des autres circuits intégrés standard comme les microprocesseurs ou les mémoires car ils sont conçus pour être utilisé dans une large gamme d'applications. En revanche, un ASIC ne peut être utilisé que dans l'application pour laquelle il a été spécialement conçu. En raison de la nature personnalisée spécifique à l'application des ASIC, ils contiennent souvent plus de fonctionnalités tout en étant de petite taille, en consommant moins d'énergie et en dissipant moins chaleur par rapport à une solution IC standard. L'autre différence principale entre les circuits intégrés standard comme les mémoires, par exemple, et les ASIC est que le concepteur de l'ASIC peut être directement le client, qui peut avoir une idée plus précise de l'application. Depuis le début des années 1980, le monde des circuits intégrés a été très influencé par les ASIC. Ils sont responsables de l'expansion de l'industrie des semi-conducteurs, du changement du modèle commercial des circuits intégrés et de l'augmentation significative des conceptions de circuits intégrés et des ingénieurs de conception. Les ASIC ont également influencé l'ensemble de l'écosystème de la conception et de la fabrication des semi-conducteurs, comme la conception, la fabrication et le processus de fabrication du système , les tests et l'emballage et les outils de CAO. Une brève histoire des ASIC L'origine des ASIC remonte à au moins 20 déchirures avant le développement de la ROM masquée (mémoire en lecture seule). Au début des années 1970, le concept de matrices de portes et de cellules standard a été introduit mais au cours des années 1980, la technologie ASIC a pris une place prépondérante sur le marché des circuits intégrés à travers le monde. C'est au cours de cette période que plusieurs fabricants et vendeurs de semi-conducteurs, en particulier de Le Japon a dominé le marché des ASIC et est considéré comme un spécialiste des ASIC. Quels sont les différents types d'ASIC ? L'histoire des conceptions et de la technologie des ASIC peut être caractérisée par la croissance et l'évolution continues de divers styles de conception d'ASIC. Statistiquement parlant, les ASIC de style réseau de portes basés sur CMOS sont le type dominant, mais il existe plusieurs autres types de conceptions d'ASIC. Fondamentalement, tous les ASIC peuvent être classés en trois types. Ce sont les suivants : ASIC complets – personnalisés ASIC semi – personnalisés Circuits intégrés programmables Les ASIC semi-personnalisés sont à nouveau divisés en conceptions basées sur Gate Array et en conceptions basées sur des cellules. Les matrices de portes sont en outre divisées en matrices à canaux et sans canaux, tandis que les conceptions basées sur les cellules sont davantage divisées en cellules standard et macrocellules. (EEPLD) et les dispositifs programmables sur le terrain comme le FPGA entrent dans cette catégorie. L'image suivante montre les différents types d'ASIC ainsi que les sous-catégories de chaque type. Voyons maintenant brièvement quelques-uns des types importants d'ASIC. Entièrement personnalisé ASICDans l'ASIC entièrement personnalisé, toutes les cellules logiques, circuits et configurations sont conçus spécifiquement pour cet ASIC particulier à partir de la base. Le concepteur peut choisir une conception ASIC entièrement personnalisée uniquement s'il pense que les bibliothèques existantes ne sont pas assez rapides ou que les cellules logiques ne sont pas petites ou que la consommation d'énergie est élevée. Les principaux avantages des ASIC entièrement personnalisés par rapport aux autres conceptions de circuits intégrés sont il offre les performances les plus élevées possibles avec la plus petite taille de matrice possible. Mais ces hautes performances et cette petite taille ont le prix d'un temps de conception accru, d'une conception complexe et du coût global du circuit intégré lui-même. Certains des ASIS entièrement personnalisés les plus courants sont les microprocesseurs, les mémoires, les processeurs analogiques, les dispositifs de communication analogiques/numériques, les capteurs, Transducteurs, circuits intégrés haute tension pour automobiles, etc. Ce qui suit est un exemple de conception d'une porte NAND à 2 entrées basée sur CMOS, où chaque couche est définie. ASIC semi-personnaliséPour raccourcir le temps de conception et réduire le coût de la personnalisation complète. ASIC, de nombreuses autres approches de conception ont été développées et sont appelées conceptions ASIC semi-personnalisées. Habituellement, le niveau de hiérarchie le plus bas impliqué dans la conception semi-personnalisée est le niveau logique ou le niveau de porte. Cela contraste avec le travail entièrement personnalisé, où la conception et la disposition du transistor individuel peuvent être impliquées. Comme mentionné précédemment, la conception ASIS semi-personnalisée peut être divisée en matrices de portes et cellules standard. Voyons un peu plus sur ces types.Gate Array ASICIn Les ASIC basés sur Gate Array, les transistors de types p et n sont prédéfinis sur une plaquette de silicium en tant que matrices. Sur la base de la conception du client et des interconnexions obtenues à partir de la conception, le fournisseur de silicium fournit ces plaquettes de base. Par conséquent, la plaquette de base est spécifique au client car elle est conçue en fonction des connexions fournies par le client entre les transistors du réseau de portes. Les réseaux de portes sont à nouveau divisés en deux types appelés Channeled Gate Array et Channel-less Gate Array. Dans les réseaux de portes à canaux, les interconnexions entre les cellules logiques sont effectuées dans les canaux prédéfinis entre les rangées des cellules logiques. Dans le cas de réseaux de portes sans canal, les connexions sont établies sur une couche métallique supérieure au-dessus des cellules logiques. ASICA basé sur des cellules standard L'ASIC basé sur des cellules standard utilise des cellules logiques prédéfinies telles que des portes, des multiplexeurs, des bascules, des additionneurs, etc. Ces cellules logiques sont connues sous le nom de cellules standard qui sont déjà conçues et stockées dans une bibliothèque. Cette bibliothèque est importée dans l'outil de CAO et la conception peut être réalisée en utilisant les composants de la bibliothèque comme entrées. En règle générale, les conceptions basées sur des cellules standard sont organisées en rangées de cellules de hauteur constante sur la puce, tout comme une rangée de briques. Lorsqu'elles sont combinées avec des composants de niveau logique, les conceptions standard à base de cellules peuvent être utilisées pour implémenter des fonctions complexes telles que des multiplicateurs et des matrices de mémoire. La conception de cellules standard peut également contenir des cellules prédéfinies plus grandes et plus complexes telles que des microcontrôleurs ou des microprocesseurs. Ces cellules plus grandes sont appelées Megacells.Design FlowJusqu'à présent, vous avez vu une brève introduction à l'ASIC et également quelques types importants d'ASIC. Dans cette section, essayons de comprendre brièvement le flux de processus et les procédures spécifiques impliqués dans la conception et le développement d'un ASIC. L'image suivante montre un flux de conception typique impliqué dans la conception d'un ASIC semi-personnalisé. Il peut être essentiellement divisé en 10 étapes.Entrée de conception : dans l'étape, la conception logique est créée à l'aide d'un langage de description matérielle (HDL) comme VHDL ou Verilog ou à l'aide d'une entrée schématique.Synthèse logique : une fois la logique conçue à l'aide Entrée HDL ou Schematic, l'étape suivante consiste à extraire la description des cellules logiques et de leurs interconnexions. Ces informations sont également appelées Netlist.Partitionnement du système : l'étape suivante consiste à diviser logiquement l'ensemble du système en petits blocs de la taille d'un ASIC.Simulation de pré-disposition : avant d'entrer dans la disposition physique réelle de la conception, un outil de simulation vérifie le circuit pour bon fonctionnement. En fait, ce processus est effectué à chaque étape de sorte que si des erreurs sont trouvées, il serait alors facile de les corriger à ce stade lui-même. Le processus jusqu'à cette étape est généralement considéré comme une conception logique. Les étapes suivantes sont liées à la disposition physique réelle de la conception.Planification du sol : La première étape de la conception physique consiste à disposer tous les blocs du circuit sur la puce.Placement : Dans cette étape, l'emplacement des cellules logiques dans un bloc sont fixés.Routage : Une fois le placement des blocs et des cellules terminé, alors il est temps de créer les connexions entre les cellules et les blocs.Extraction : L'étape suivante consiste à déterminer la résistance et la capacité des interconnexions précédemment réalisées, puisqu'ils décident du retard du signal. De plus, les retards sont calculés à ce stade. Simulation post-implantation : une fois la conception physique terminée, le circuit est à nouveau testé pour son fonctionnement. Les retards précédemment calculés sont également pris en considération pour le processus de simulation.Conception Rule Check (DRC) : L'étape finale consiste à vérifier la disposition de l'ensemble du circuit et à vérifier s'il est conforme aux spécifications des règles de conception.ApplicationsLe domaine d'application des ASIC est très large car ils sont essentiellement utilisés partout où il y a un besoin de performance, de personnalisation et de taille.

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