IT eszközök technológiája - 6. előadás
ASIC

Letöltés PDF-ként

Integrált áramkörök csoportosítása

Katalógus áramkörök (COTS)

• széleskörű használat
• felhasználó ≠ tervező
• nagyon sokat gyártanak, pl 555 időzítő
• probléma:
  • ebből összeállított rendszer nem optimális (mert ezek általános célúak), késleltetése és fogyasztása nem lesz optimális
  • nagyméretű lesz a rendszer

ASIC

• adott speciális célra készülnek
• ok: katalógus áramkörrel nehezen megoldható, másolást nehezítik ezzel
• ha kevés az egyedi lépés → jobb az ár
• ASIC áramkörök részben előre gyártottak, részben előre tervezettek

SoC (System on a chip)

• egy teljes rendszer megvalósítása 1 chipen
• digitális, analóg részek, tápellátás
• előny: kisebb késleltetés és fogyasztás, kisebb fizikai méret, olcsóbb gyártás
• hátrány: bonyolult, nagyméretű nagyobb eséllyel hibás
• gyakran használt megoldás (pl mobilokban)

ASIC kategóriák

• Custom ASIC (full custom)
  • tervezés és költséges, drágák a maszkot, csak nagy példányszámban éri meg
• Semi-custom ASIC
  • részben vagy teljesen előre gyártottak (konfiguráló réteg maszktervezése elég vagy teljes mértékben sw úton)
  • vagy előre tervezettek (áramkört struktúrált, maszk minták nagy része előre tervezett)
  • előre tervezett → Standard cell
  • részben előre gyártott → Gate array
  • előre programozott → PLD
    • CPLD, FPGA

Standard cellás ASIC

• maszk minták előre tervezettek → cellák (magassága adott, szélesség változó)

• táp és föld rögzített

• standard könyvtárat a félvezető gyár fejleszti és bocsátja rendelkezésre

• tervezés → teljes mértékben automatizált

  • cellák sorban, majd huzalozva

  • probléma: összes maszkot le kell gyártani → nagyon drága!

  • félvezetőgyár adja:

    • standard cellakészletet, logikai leírás és absztrakt fizikai terv
    • cellakészlet időzítési és fogyasztási adatai → logikai szimulációhoz
    • fizikai és elektromos tervezési szabályok
    • visszafejtési szabályok (kapu kimenetét mekkora kapacitás terheli)
    • áramköri modellek az áramköri szimulációkhoz
  • minden maszkot le kell gyártani, viszont a cellakönyvtár elemei előre tervezettek, kipróbáltak és karakterizáltak

Gate array

• fémezés kivételével előre gyártott
  • 2 elrendezés:
    • Sea of gates: n ps pMOS tranzisztorok előre meghatározott mintában
    • Struktúrált ASIC esetén FPGA-hoz hasonló logikai blokkok
• áramkör végleges funkciójának kialakítása
  • tranzisztor összeköttetésével kapuk, majd kapuk összeköttetésével végleges funkciók
  • logikai kapuk összeköttetése előre tervezett
  • tervezés itt is főleg automatikus
• előny: olcsóbb → maszkok száma kevesebb,
• hátrány: terület kihasználás nem lesz optimális, huzalozás nem optimális → nagyobb késleltetés

Programozható logikai eszközök

• teljes mértékben előre gyártott (logikai funkciók és összeköttetések)
• konfigurálás elektromosan
  • Volatile → konfigurálás statikus RAM végzi, indításkor újra be kell tölteni, működés közben újrakonfigurálható
  • Non-volatile → maszk programozott, flash EEPROM vagy Antifuse tárolja (PLICE vagy ViaLink)
    • Antifuse → kisebb késleltetés, de nem újrakonfigurálható

PLA/PAL

• PLA - logikai függvények megvalósítása → igazságtáblázat megadásával lehetett "programozni" (első hardver leíró nyelvek)
• PAL - már regisztereket is tartalmazott → sorrendi hálózat is megvalósítható

CPLD

• PLA/PAL utódja
• feladata: segéd logika előállítása (busz illesztése, segéd logikai jelek generálása)
• makrocellákból állnak →  ÉS mátrix (logikai fv-ek előállítására)
  • programozható típusú flip-flip

FPGA

• Field programmable gate array
• általános célú, újrakonfigurálható eszközök → tetszőleges logikai funkció megvalósítható velük!
• erőforrások
  • konfigurálható logikai blokkok
    • granularitás → mennyire összetett funkciót valósít meg (modern FPGA finom granularitású - egyszerű funkció de sok BLE)
  • konfigurálható I/O blokkok
  • konfigurálható huzalozási erőforrások
  • konfigurációs memória (általában SRAM), speciális célú erőforrások (blokk RAM - nagymennyiségű statikus RAM)
• terület 90-95% konfigurációs erőforrások
• kapcsolómátrixok → csak a lehetséges összeköttetések egy részét valósítja meg

DSP slice

• mini szorzóáramkört tartalmaznak
• gyakran szorzó akumlátort is

SoPC - System on a Programmable Chip

• egy vagy több mikroprocesszor mag, hard IP formájában
• DRAM vezérlő
• külső, nagysebességű kommunikáció

Struktúrális ASIC

• átmenet FPGA és standard cellás ASIC között
• modern FPGA-hoz hasonló hard IP blokkok, köztük maszk konfigurálható logikai blokkok és összeköttetések
• nincs konfigurációs RAM
• terület spórolás → késleltetés is csökken
• struktúrális ASIC szolgáltatás
  • FPGA tervből ASIC (35% költségmegtakarítás, de nem újraprogramozható)