专用集成电路(ASIC)简介

在我们的日常生活中，我们会遇到各种各样的电子产品。引起电子产品生产革命的一项技术是"集成电路“。通过增加密度，这项技术降低了电子产品的大小逻辑门每个芯片。今天我们有不同类型和IC的配置。当我们观察到围绕我们发现某些IC只能用于一个特定应用程序，而某些IC可以重新编程并用于各种应用程序。这些类型的IC被命名为ASIC。但它们如何不同？如何重新编程它们？为什么一些IC不能重新编程？跳上找到这些问题的答案。

什么是专用集成电路(ASIC)?

ASIC全文是专用集成电路。这些电路是特定应用的。为特定应用定制的集成电路。它们通常是根据特定应用程序的需求从根级别设计的。一些基本的专用集成电路示例是玩具中使用的芯片，用于接口存储器和微处理器等的芯片等......这些芯片只能用于设计这些芯片。据推测，这些类型的集成电路仅适用于大批量生产的产品。由于asic是从底层设计的，因此成本很高，仅推荐用于大批量生产。

由于电路的大量功能单元，ASIC的主要优点是降低芯片尺寸，因为电路的大量功能单元在单个芯片上构造。现代AsiC通常包括32位微处理器这种类型的专用集成电路被称为asic系统芯片．随着制造技术的发展和设计方法研究的不断深入，具有不同定制层次的专用集成电路应运而生。

ASIC的类型

基于芯片在芯片上允许执行程序员的自定义量进行分类。

完全自定义

在这种类型的设计中，所有逻辑单元都针对特定应用程序定制.i.e。设计师必须特别为电路制作逻辑单元。用于互连的所有掩模层都定制。因此，程序员无法改变芯片的互连，而编程他必须知道电路布局。

完全自定义ASIC的最好例子之一是微处理器。这种类型的定制允许设计师在单个集成电路上构建各种模拟电路、优化存储单元或机械结构。这种专用集成电路的制造和设计成本很高，而且非常耗时。设计这些集成电路的时间大约是8周。

这些通常用于高级应用程序。最大的性能，最小的面积和最高程度的灵活性是全定制设计的主要特点。最后，在设计中风险很高，因为使用的逻辑单元、电阻等电路元件没有预先测试。

Semi-Custom

在这种类型的设计中，逻辑单元取自标准库。它们不是手工制作的完全定制设计。有些遮罩是定制的，而有些遮罩是从预先设计的库中提取的。根据从库中提取的逻辑单元类型和允许的互连定制量，这些ASIC被分为两种类型——基于标准单元的ASIC和基于门阵列的ASIC。

1).标准单元ASIC

要了解这些IC，首先让我们了解标准单元库代表什么。一些逻辑单元，如和门，或门，多路复用器，人字拖由设计师使用不同的配置预先设计，标准化并以库的形式存储。这个集合称为标准单元库。

在基于标准的单元的基础上，使用来自这些标准库的ASIC逻辑单元。在ASIC芯片上，标准电池区域或柔性块由以行形式排列的标准单元组成。除了这些灵活的块外，芯片等块电池如片上使用如微控制器或偶数微处理器。这些巨型单元格也称为Mega函数，系统级宏，固定块，功能标准块。

上图表示一个标准单元ASIC，有一个标准单元区和四个固定块。蒙版层是定制的。在这里，设计师可以将标准单元放置在模具的任何地方。这些也被称为C-BIC。

2).基于门阵列的ASIC

这种类型的半自定义ASIC已经预定义晶体管在硅片上。设计者不能改变出现在模具上的晶体管的位置。基阵是栅极阵列的预定图形，基单元是基阵的最小重复单元。

设计者只能使用模具的前几层金属层来改变晶体管之间的互连。设计者从门阵列库中选择。这些通常被称为掩码门阵列。基于门阵列的ASIC有三种类型。它们是沟道门阵列，无沟道门阵列和结构化门阵列。

a）.Channeled门阵列

在这种栅极阵列中，在一排排晶体管之间留有布线空间。这些类似于CBIC，因为空间是留给块之间的互连，但在沟槽门阵列单元行是固定的高度，而在CBIC，这个空间可以调整。

这个门阵列的一些主要特点是-这个门阵列在行之间使用预定义的空间进行互连。生产时间是两天到两周。

b).无通道门阵列

在通道的栅极阵列中看到的小区行之间没有空闲空间留下。这里，路由从栅极阵列单元上方完成，因为我们可以在金属1和晶体管之间定制连接。对于路由，我们将晶体管留在路由未使用的路径中。制造业交货时间约为两周。

c).结构化门阵列

这种类型的门阵列具有嵌入式块以及如上所述的栅极阵列行。结构栅极阵列具有较高的CBIC面积效率。像蒙版门阵列这些具有较低的成本和速度更快。这里，嵌入式功能的固定大小在结构化栅极阵列上造成限制。例如，该门阵列包含一个用于32k位控制器的区域，但如果在应用程序中，我们只需要一个16k位控制器的区域，剩余区域被浪费。栅栏阵列具有两天的周转时间为两天至两周所有这些都有定制的互连。

可编程ASIC

有两种类型的可编程asic。它们是PLD和FPGA

PLD（可编程逻辑设备）

这些是现成的标准电池。我们可以编程一个可编程逻辑器件来定制应用程序的一部分，因此他们被认为是ASIC。我们可以使用不同的方法和软件来编写可编程逻辑器件。这些包含逻辑单元的规则矩阵，通常是可编程阵列逻辑以及触发器或锁存器。在这里，互连是作为一个单独的大块出现的。
PROM是这种集成电路的一个常见例子，EPROM使用MOS晶体管作为互连点，因此通过施加高电压，我们可以对其进行编程。可编程逻辑器件没有定制的逻辑单元或互连。这些有一个快速的设计周转。

FPGA（现场可编程门阵列）

其中PLD具有可编程数组逻辑作为逻辑单元格FPGA.具有门阵列状排列。可编程逻辑器件比fpga更小、更简单。由于FPGA的灵活性和特点，它正在被取代TTL在微电子系统。设计周转只需几个小时。

核心由可编程的基本逻辑单元组成，可执行这两种功能组合和顺序逻辑．我们可以用一些方法对逻辑单元进行编程和互连。基本逻辑单元由可编程互连矩阵包围，核心由可编程I/O单元包围。

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

我们已经看到了可供选择的不同类型的ASIC。现在让我们了解在制造过程中，所有这些定制和互连是什么时候完成的。

专用集成电路(ASIC)设计流程

ASIC的设计是逐步进行的。这个步骤的顺序被称为ASIC设计流。设计流程的步骤如下图所示。

设计输入:在此步骤中，设计的微架构使用VHDL，Verilog和System Verilog等硬件描述语言来实现。
逻辑合成:在这一步中，使用HDL编写了一个逻辑单元的网络列表、互连类型和应用程序所需的所有其他部分。
系统分区:在这一步，我们把大尺寸的模具分成ASIC大小的块。
Pre-Layout仿真:在这一步，进行模拟测试，以检查设计是否包含任何错误。
地板规划:在这个步骤中，网表块被安排在芯片上。
位置:在该块内的该步骤中，确定块内的电池位置。
路由:在这一步中，在块和单元格之间绘制连接。提取:在这一步中，我们确定了互连线的电特性，如电阻值和电容值。2021欧洲杯足球竞猜官方平台
布线后仿真:在提交模型用于制造之前，进行此仿真以检查系统是否正常运行以及互连负载。

ASIC的例子

在了解了ASIC的不同特性之后，现在让我们来看一些ASIC的例子。
标准细胞ASIC:LSI Logic公司的LCB 300k, 500k, ABB Hafo公司的SIG1, 2, 3系列，GCS Plessey的GCS90K。
门阵列产品:来自Harris Semiconductor的AUA20K，来自National Semiconductors的SCX6Bxx，来自Texas Instruments的TGC/TEC系列。
骑士产品:高级微器件的PAL系列，飞利浦半导体的GAL系列，XILINX的XC7300和EPLD。
FPGA产品：XC2000，XC3000，XC4000，XC5000系列来自Xilinx，Pasic1的QuickLogic，MAX5000来自Altera。

ASIC的应用

ASIC的独特性彻底改变了电子产品的制造方式。这减少了模具尺寸，同时增加了密度逻辑门每个芯片。asic通常是高级应用程序的首选。ASIC芯片用作卫星IP核，ROM制造，微控制器以及医学和研究部门的各种类型的应用。ASIC的趋势应用之一是比特币矿工。

比特币商

加密货币的挖掘需要更大的功率和高速硬件。通用CPU无法提供如此高的高速计算能力。ASIC比特币矿工是内置在特别设计的主板和电力供应，构成一个单一单元。它是专门为比特币挖矿而设计的芯片级硬件。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机。

ASIC的优缺点

的ASIC的优点包括以下这些。

• • asic的小尺寸使其成为复杂的较大系统的高选择。

• • 由于大量电路建立在一个芯片上，这导致了高速的应用。

• • ASIC具有低功耗。

• • 因为它们是芯片上的系统，所以电路是并排存在的。因此，连接各种电路需要非常小的路由。
  • ASIC没有时间问题和后期制作配置。

的ASIC的缺点包括以下这些。

• • 由于这些是定制芯片，它们提供了较低的编程灵活性。

• • 由于这些芯片必须从根本上设计，它们的单位成本很高。
  • ASIC有更大的市场边际时间。

ASIC VS FPGA.

ASIC和FPGA的区别如下。

ASIC.	FPGA.
不编程	可重复编程的
适合大批量生产	适合小批量生产
这些是特定于应用的	用作系统的原型
节能需要更少的电力	更低的能源效率需要更多的电力
这些是无法从时刻升级的永久电路。	非常适合于电路需要不断升级的应用，如手机芯片，基站等

因此，这就是关于专用集成电路．专用集成电路(ASIC)的发明使电子产品的使用方式发生了巨大的变化。我们在日常生活中以各种应用的形式使用ASIC。你遇到过ASIC的哪些应用?你用过什么类型的ASIC ?