Pengantar Sirkuit Terpadu Khusus Aplikasi (ASIC)

Dalam kehidupan sehari-hari, kami menemukan berbagai jenis gadget elektronik. Salah satu teknologi yang membawa revolusi dalam produksi elektronik adalah ' Sirkuit terpadu “. Teknologi ini mengurangi ukuran produk elektronik dengan meningkatkan kepadatan gerbang logika per keping. Hari ini kami memiliki jenis dan konfigurasi IC yang berbeda. Seperti yang kami amati, kami menemukan bahwa beberapa IC hanya dapat digunakan untuk satu aplikasi tertentu sementara beberapa IC dapat diprogram ulang dan digunakan untuk berbagai aplikasi. Jenis IC ini dinamai ASIC. Tapi bagaimana perbedaannya? Bagaimana mungkin memprogram ulang mereka? Mengapa beberapa IC tidak dapat diprogram ulang? Berharap untuk menemukan jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini.

Apa itu ASIC (Sirkuit Terpadu Khusus Aplikasi)?

Bentuk lengkap ASIC adalah Sirkuit Terpadu Aplikasi Khusus. Sirkuit ini khusus untuk aplikasi. Yaitu. IC yang dibuat khusus untuk aplikasi tertentu. Ini biasanya dirancang dari tingkat akar berdasarkan kebutuhan aplikasi tertentu. Beberapa dasar contoh sirkuit terintegrasi khusus aplikasi adalah chip yang digunakan dalam mainan, chip yang digunakan untuk antarmuka memori dan mikroprosesor, dll. Chip ini hanya dapat digunakan untuk satu aplikasi yang dirancang untuk itu. Agaknya, ini jenis IC lebih disukai hanya untuk produk-produk yang menjalankan produksi besar. Karena ASIC dirancang dari tingkat akar, maka ASIC berbiaya tinggi dan direkomendasikan hanya untuk produksi volume tinggi.

Keuntungan utama ASIC adalah berkurangnya ukuran chip karena sejumlah besar unit fungsional rangkaian dibangun di atas satu chip. ASIC modern umumnya menyertakan 32-bit mikroprosesor , blok memori, sirkuit jaringan, dll .. Jenis ASIC seperti itu dikenal sebagai Sistem di Chip . Dengan perkembangan teknologi manufaktur dan peningkatan penelitian dalam metode desain, ASIC dengan berbagai tingkat penyesuaian dikembangkan.

Jenis ASIC

ASIC dikategorikan berdasarkan jumlah penyesuaian yang boleh dilakukan programmer pada sebuah chip.

Jenis ASIC

Kustom Penuh

Dalam jenis desain ini, semua sel logika dibuat khusus untuk aplikasi tertentu. Yaitu. desainer harus secara khusus membuat sel logika untuk sirkuit. Semua lapisan topeng untuk interkoneksi disesuaikan. Jadi programmer tidak dapat mengubah interkoneksi chip dan saat memprogram dia harus memperhatikan tata letak sirkuit.

Salah satu contoh terbaik ASIC kustom lengkap adalah mikroprosesor. Jenis penyesuaian ini memungkinkan perancang untuk membangun berbagai sirkuit analog, sel memori yang dioptimalkan, atau struktur mekanis pada satu IC. ASIC ini mahal dan sangat memakan waktu untuk pembuatan dan desain. Waktu yang dibutuhkan untuk mendesain IC ini sekitar delapan minggu.

Ini biasanya ditujukan untuk aplikasi tingkat tinggi. Performa maksimum, area yang diminimalkan, dan tingkat fleksibilitas tertinggi adalah fitur utama desain kustom Penuh. Akhirnya, risikonya tinggi dalam desain karena sel logika, resistor, dll ... elemen rangkaian yang digunakan tidak diuji sebelumnya.

Semi-Kustom

Dalam tipe sel logika desain ini diambil dari pustaka standar. Yaitu. tidak dibuat dengan tangan seperti pada desain kustom Penuh. Beberapa topeng dikustomisasi sementara beberapa diambil dari perpustakaan yang dirancang sebelumnya. Berdasarkan jenis sel logika yang diambil dari perpustakaan dan jumlah penyesuaian yang diizinkan untuk interkoneksi, ASIC ini dibagi menjadi dua jenis - ASIC berbasis sel standar dan ASIC berbasis Array Gerbang.

1). ASIC berbasis sel standar

Untuk mengetahui IC ini, pertama mari kita memahami apa kepanjangan dari perpustakaan sel standar. Beberapa sel logika seperti DAN gerbang, ATAU gerbang , multiplexer, sandal jepit dirancang sebelumnya oleh desainer menggunakan konfigurasi yang berbeda, distandarisasi dan disimpan dalam bentuk perpustakaan. Koleksi ini dikenal sebagai pustaka sel standar.

ASIC berbasis sel standar

Dalam standar berbasis sel, sel logika ASIC dari pustaka standar ini digunakan. Pada area sel standar chip ASIC atau blok fleksibel terdiri dari sel standar yang disusun dalam bentuk baris. Bersama dengan blok-blok fleksibel ini, sel mega seperti mikrokontroler atau bahkan mikroprosesor digunakan pada chip. Sel mega ini juga dikenal sebagai fungsi Mega, makro tingkat sistem, blok tetap, blok standar fungsional.

Gambar di atas mewakili ASIC sel standar dengan satu area sel standar dan empat blok tetap. Lapisan topeng disesuaikan. Di sini perancang dapat menempatkan sel standar di mana saja pada cetakan. Ini juga dikenal sebagai C-BIC.

2). ASIC Berbasis Gate Array

Jenis ASIC semi-ubahsuaian ini telah ditentukan sebelumnya transistor pada wafer silikon. yaitu. perancang tidak dapat mengubah penempatan transistor yang ada pada cetakan. Array dasar adalah pola yang telah ditentukan sebelumnya dari array gerbang dan sel dasar adalah sel berulang terkecil dari array dasar.

Perancang hanya memiliki kewajiban untuk mengubah interkoneksi antar transistor menggunakan beberapa lapisan logam pertama dari cetakan. Desainer memilih dari perpustakaan array gerbang. Ini sering disebut sebagai Masked Gate Array. Gate Array Based ASIC terdiri dari tiga jenis. Mereka adalah Channeled Gate Array, Channel less gate array dan struktur gerbang terstruktur.

a). Array Gerbang Bersaluran

Dalam tipe array gerbang ini, ruang kabel dibiarkan di antara baris transistor. Ini mirip dengan CBIC karena ruang yang tersisa untuk interkoneksi antar blok tetapi dalam baris sel array gerbang yang disalurkan tetap tinggi sedangkan di CBIC ruang ini dapat disesuaikan.

Array Gerbang Disalurkan

Beberapa fitur utama dari array gerbang ini adalah- array gerbang ini menggunakan ruang yang telah ditentukan antara baris untuk interkoneksi. Waktu pembuatannya dua hari sampai dua minggu.

b). Channel Less Gate Array

Tidak ada ruang kosong yang tersisa untuk perutean antar baris sel seperti yang terlihat pada array gerbang yang disalurkan. Di sini perutean dilakukan dari atas sel array gerbang karena kita dapat menyesuaikan koneksi antara logam 1 dan transistor. Untuk perutean, kami membiarkan transistor tergeletak di jalur perutean yang tidak digunakan. Waktu tunggu produksi sekitar dua minggu.

Channel Less Gate Array

c). Array Gerbang Terstruktur

Jenis array gerbang ini memiliki blok tertanam bersama dengan baris array gerbang seperti yang terlihat di atas. Array gerbang terstruktur memiliki efisiensi area CBIC yang lebih tinggi. Seperti array gerbang bertopeng, ini memiliki biaya lebih rendah dan perputaran lebih cepat. Di sini ukuran tetap dari fungsi tertanam menimbulkan batasan pada array gerbang terstruktur. Misalnya, apakah array gerbang ini berisi area yang dicadangkan untuk pengontrol 32k bit tetapi jika dalam aplikasi kita hanya memerlukan area untuk pengontrol 16k bit, area yang tersisa akan terbuang. Semua array gerbang memiliki waktu penyelesaian dua hari hingga dua minggu dan semua memiliki interkoneksi yang disesuaikan.

Array Gerbang Terstruktur

ASIC yang dapat diprogram

Ada dua jenis ASIC yang dapat diprogram. Mereka adalah PLD dan FPGA

PLD (Perangkat Logika yang Dapat Diprogram)

Ini adalah sel standar yang tersedia. Kami dapat memprogram PLD untuk menyesuaikan bagian aplikasi, sehingga dianggap sebagai ASIC. Kita dapat menggunakan metode dan perangkat lunak yang berbeda untuk memprogram PLD. Ini berisi matriks biasa dari sel logika yang biasanya logika array yang dapat diprogram bersama dengan sandal jepit atau kait. Di sini interkoneksi hadir sebagai satu blok besar.
PROM adalah contoh umum dari IC ini. EPROM menggunakan transistor MOS sebagai interkoneksi sehingga dengan menerapkan tegangan tinggi kita dapat memprogramnya. PLD tidak memiliki sel logika atau interkoneksi yang disesuaikan. Ini memiliki perputaran desain yang cepat.

Perangkat Logika yang Dapat Diprogram

FPGA (Field Programmable Gate Array)

Di mana PLD memiliki logika array yang dapat diprogram sebagai sel logika FPGA memiliki pengaturan seperti gate array. PLD lebih kecil dan tidak sekompleks FPGA. Karena fleksibilitas dan karakteristiknya, FPGA diganti TTL dalam sistem mikroelektronik. Perputaran desain hanya beberapa jam.

Field Programmable Gate Array

Inti terdiri dari sel logika dasar yang dapat diprogram yang dapat melakukan keduanya kombinasional dan logika sekuensial . Kita dapat memprogram sel logika dan menghubungkannya menggunakan beberapa metode. Sel logika dasar dikelilingi oleh matriks interkoneksi yang dapat diprogram dan inti dikelilingi oleh sel I / O yang dapat diprogram.

FPGA biasanya terdiri dari blok logika yang dapat dikonfigurasi, blok I / O yang dapat dikonfigurasi, interkoneksi yang dapat diprogram, sirkuit jam, ALU, memori, decoder.

Kami telah melihat berbagai jenis ASIC yang tersedia. Sekarang mari kita pahami kapan semua penyesuaian dan interkoneksi ini dilakukan selama produksi.

Alur Desain Sirkuit Terpadu Khusus Aplikasi (ASIC)

Merancang ASIC dilakukan secara bertahap. Urutan langkah ini dikenal sebagai Desain ASIC Mengalir. Langkah-langkah aliran desain diberikan pada diagram alir di bawah ini.

Alur Desain ASIC

Entri Desain: Pada tahap ini, mikroarsitektur desain diimplementasikan menggunakan bahasa deskripsi perangkat keras seperti VHDL, Verilog dan System Verilog.
Sintesis Logika: Pada langkah ini daftar sel logika yang akan digunakan, jenis interkoneksi, dan semua bagian lain yang diperlukan untuk aplikasi disiapkan menggunakan HDL.
Partisi Sistem: Pada langkah ini, kami membagi dadu berukuran besar menjadi potongan berukuran ASIC.
Simulasi Pra-Tata Letak: Pada tahap ini dilakukan pengujian simulasi untuk mengecek apakah desain terdapat kesalahan.
Perencanaan Lantai: Pada langkah ini blok netlist disusun pada chip.
Penempatan: Pada langkah ini lokasi sel di dalam blok ditentukan.
Rute: Pada langkah ini, koneksi ditarik antara blok dan sel. Ekstraksi: Pada langkah ini, kami menentukan sifat listrik seperti nilai resistansi dan nilai kapasitansi interkoneksi.
Simulasi Pasca-Tata Letak: Sebelum diajukannya model untuk pembuatan simulasi ini dilakukan untuk mengecek apakah sistem berfungsi dengan baik beserta beban interkoneksi.

Contoh ASIC

Setelah mengetahui perbedaan karakteristik ASIC sekarang mari kita lihat beberapa contoh ASIC.
ASIC berbasis sel standar: LCB 300k, 500k dari LSI Logic Company, SIG1, 2, 3 keluarga dari ABB Hafo Inc., GCS90K dari GCS Plessey.
Produk Gate Array: AUA20K dari Harris Semiconductor, SCX6Bxx dari National Semiconductors, keluarga TGC / TEC dari Texas Instruments.
Produk PLD: Keluarga PAL Perangkat Mikro Canggih, keluarga GAL dari Philips Semiconductors, XC7300 dan EPLD dari XILINX.
Produk FPGA: Seri XC2000, XC3000, XC4000, XC5000 dari XILINX, pASIC1 dari QuickLogic, MAX5000 dari Altera.

Aplikasi ASIC

Keunikan ASIC telah merevolusi cara elektronik diproduksi. Ini mengurangi ukuran cetakan sekaligus meningkatkan kepadatan gerbang logika per keping. ASIC biasanya lebih disukai untuk aplikasi tingkat tinggi. Chip ASIC digunakan sebagai inti IP untuk satelit, pembuatan ROM, Mikrokontroler dan berbagai jenis aplikasi di sektor medis dan penelitian. Salah satu aplikasi ASIC yang sedang tren adalah BITCOIN MINER.

Penambang Bitcoin

Penambangan cryptocurrency membutuhkan daya yang lebih besar dan perangkat keras berkecepatan tinggi. CPU tujuan umum tidak dapat menyediakan kapasitas komputasi yang lebih tinggi dengan kecepatan tinggi. Penambang bitcoin ASIC adalah chip yang dibangun pada motherboard yang dirancang khusus dan catu daya , dibangun menjadi satu unit. Ini adalah perangkat keras yang dirancang dengan sengaja sampai ke tingkat chip untuk penambangan bitcoin. Unit-unit ini hanya dapat mengeksekusi algoritma mata uang kripto tunggal. Untuk jenis cryptocurrency yang berbeda mungkin, kami membutuhkan penambang lain.

Keuntungan & Kerugian ASIC

Itu keuntungan dari ASIC termasuk yang berikut ini.

• • Ukuran ASIC yang kecil menjadikannya pilihan terbaik untuk sistem canggih yang lebih besar.

• • Karena sejumlah besar sirkuit dibangun di atas satu chip, ini menyebabkan aplikasi berkecepatan tinggi.

• • ASIC memiliki konsumsi daya yang rendah.

• • Karena mereka adalah sistem pada chip, sirkuit hadir berdampingan. Jadi, perutean yang sangat minimal diperlukan untuk menghubungkan berbagai sirkuit.
  • ASIC tidak memiliki masalah waktu dan konfigurasi pasca produksi.

Itu kekurangan ASIC termasuk yang berikut ini.

• • Karena ini adalah chip khusus, mereka memberikan fleksibilitas rendah untuk pemrograman.

• • Karena chip ini harus dirancang dari tingkat akar, biayanya tinggi per unitnya.
  • ASIC memiliki waktu lebih besar untuk margin pasar.

ASIC vs FPGA

Perbedaan antara ASIC dan FPGA adalah sebagai berikut.

Jadi, ini semua tentang gambaran umum Sirkuit Terpadu Aplikasi Khusus . Penemuan ASIC telah menyebabkan perubahan besar dalam cara penggunaan elektronik. Kami menggunakan ASIC dalam kehidupan sehari-hari dalam bentuk berbagai aplikasi. Aplikasi ASIC mana yang pernah Anda temui? Jenis ASIC apa yang pernah Anda gunakan?