專用集成電路(Application SpecificIntegrated Circuit, ASIC)是針對特定用途定制的集成電路。它與通用集成電路如 CPU、存儲器、FPGA 等相比,更能按照應用需求設計并實現特定功能。現代 ASIC 通常包括微處理器、存儲器(包括 ROM、RAM、閃存)和其他IP功能模塊(如 PLL、LVDS、ADC、LDO等),這樣的 ASIC 也通常被稱為 SoC。ASIC 中常見的 IP模塊包括客戶自有工具 (Customer- Owned Tooling, COT)模塊。ASIC 大量應用于智能手機、計算機、通信設備、汽車電子等。常見的 ASIC 產品有高通的驍龍(Snapdragon800/600/400/200) 系列,海思半導體的麒麟(Kirin)系列,AMD 基于皓龍(Opteron)處理器的 A 系列 APU (CPU融合 GPU),NVIDIA 的 GeForce 顯卡系列等。
ASIC 與專用標準產品 (Application Specific Standard Product, ASSP) 本質是一致的,ASSP 是 ASIC 的一種更加通用的特例。ASSP 可作為現成的組件使用,例如獨立的 USB 接口芯片,而ASIC 則是根據特定功能而開發的,通常專用在特定系統中。
ASIC 的主流設計流程是根據系統設計和規范 (System Design and Specification )進行架構設計,用硬件描述語言編寫 RTL 代碼并進行功能仿真 (FunctionalSimulation)和測試,通過綜合(Synthesis) 優化并進行邏輯驗證與可測性設計產生門級網表(Gate Level Netlist),交付物理設計團隊進行布局布線 (Place andRoute)并滿足時序(Timing) 等要求,通過物理驗證和可制造性設計滿足設計要求,進行簽核 (Sign-Off) 后最終交付圓片廠生產。一個典型的 ASIC 設計流程如圖2-29 所示。ASIC 的主流設計方式有全定制( Full Custom)和半定制(semi-Custom)兩種,全定制是按照設計流程依次進行各個階段的實現,半定制則是利用成熟的IP 設計實現特定功能。以存儲器、標準單元庫 ( StandardCells)到復雜的 IP都已經有廠商提供多種解決方案。與 COT模式需要客戶完全設計整個后端的流程相比,ASIC 利用已有平合節約了開發時間和研發成本。另外,結構化的ASIC (Structured ASIC)能夠提高設計性能,降低一次性開支(Non-recuurence Expense,NRE)成本,同時具備 ASIC 和 FPGA 的特性,例們eASIC公司的產品模式。
隨著半導體工藝線寬的縮小,在同樣芯片面積上,ASIC 產品的晶體管數目增加、成本降低、性能提高。2012-2018 年全球半導體制造商可用于 ASIC產品生產的先進技術節點和相關工藝如圖 2-30 所示。
ASIC 的發展離不開電子設計自動化 (Electronic Design Automation, EDA)軟件的開發。這些軟件工具包括系統設計與驗證工具(如 Incisive、VCS 等)、數字綜合與物理設計工具 (如 Innovus、Calibre 等)、電路設計與仿真工具(如HSpice、Spectre等)、PCB 設計軟件(如 Sigrity Xpedition 等)。目前主要有Cadence、 Mentor Graphics(2017年被西門子合并)和 Synopsys三家 EDA 公司提供 ASIC 設計的各種工具方法和設計流程。
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原文標題:專用集成電路,專用積體電路,Application Specific Integrated Circuit (ASIC)
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