About / Advertise
Vad är egentligen en asic? Enligt namnet borde det vara en tilllämpningsspecifik integrerad krets. Men asicen är knuten till en viss kund, snarare än till en viss tillämpning.
Asic är den engelska akronymen för "application specific integrated circuit", det vill säga "tillämpningsspecifik integrerad krets". Tillämpningsspecifikt har det dock sällan varit tal om, utan snarare "användarspecifikt". En heltäckande definition är: en asic är en integrerad krets som specialkonstruerats och tillverkats för en viss tillämpning på uppdrag av en viss användare, och som bara säljs till den användaren. Med en asic kan man lägga flera olika funktioner på ett och samma chips. Alternativet är att kombinera flera standardkretsar.
Asicens uppenbara fördel är att man spar utrymme och får enklare förbindningar och strömförsörjning. Ett annat uppenbart plus är att konstruktionen skyddas mot oönskad insyn. En kombination av standardkretsar kan ju lätt analyseras av konkurrenterna, medan en asic är mycket svårare att "genomskåda". Asicen kan också skyddas juridiskt som en unik konstruktion, något som är vanskligt med en konstruktion som bygger på standardkretsar. Det är ett skäl till att asicar av typen enchipssystem, "system on a chip", blir allt vanligare. En annan fördel är att de olika delarna kan ge en optimerad kretslösning, där en kombination av standardkretsar kanske inte vore lika bra.
Dessutom kan en enchipslösning vara ett sätt att konstruera bort potentiella problem och felkällor som en kombination av standardkretsar skulle medföra. Ett exempel är de kombinerade logik- och effektkretsar som utvecklades som asicar i början och mitten av 1980-talet. Konstruktörerna kunde ta hänsyn till hur logikkretsarna påverkades av effektkretsarnas spänningar, strömmar och effektutveckling. Med hela härligheten på ett enda chips fick man därför en elektriskt och termiskt homogen miljö.
Standardkretsar
Asicar av den här typen visade sig fungera så bra att de stora komponenttillverkarna snart började göra standardkretsar efter samma idé. Dagens standardkretsar för till exempel strömförsörjning och motorstyrning härstammar i rakt nedstigande led från 1980-talets asicar. Det är faktiskt ganska vanligt att en krets som från början gjorts som en asic så småningom vidareutvecklas till en standardkrets.
Då har den som från början beställde och bekostade asicen redan skaffat sig ett teknisk försprång, som med lite tur har utmynnat i en de facto-standard. Nackdelen med asictekniken är att den är dyr, särskilt när allt som finns på chipset ska specialkonstrueras. Dessutom tar det lång tid att göra en specialkonstruktion, och det är svårt att få tag i konstruktörer med ett tillräckligt brett och djupt kunnande. Konstruktören måste ju också vara väldigt väl insatt i tillämpningen. Samtidigt hotas asicarna av den allt spretigare floran av ASSP, tilllämpningsspecifika standardkretsar, alltså standarkretsar för nischtillämpningar. En systemkonstruktör har idag att välja mellan två saker: att utveckla en asic eller att anpassa systemet till en färdig ASSP. Ett annat alternativ är att använda en CSP, anpassningsbar standardkrets, där en mindre del av kretsen kan kundanpassas.
Packade kretsar
Den faktor som har förbättrats snabbast sen asic blev ett begrepp i början av 1980-talet är packningstätheten. Nu kan man få en så hög packningstäthet att den är mer än tillräcklig för de flesta asic-konstruktioner. En annan tekniska förbättring är att många leverantörer har gått över från trelagersprocesser till femlagersprocessser. Det ökar visserligen antalet kretselement enormt, men det gör det sannerligen inte lättare att hantera förbindningarna. Miniatyriseringen gör dessutom att resistanserna och induktanserna ökar i de allt smalare förbindningarna inom asicarna.
Därmed ökar även fördröjningarna. Det behövs förfinade konstruktionshjälpmedel för att lösa det problemet. Ett alternativ vore att göra avkall på hastigheten och istället försöka att bygga in fler eller mer raffinerade funktioner. Ett sätt att få ned kostnaden, och samtidigt minska konstruktionstiden, är att utnyttja halvfabrikat i form av standardiserade kretselement. Dit hör standardceller, grindmatriser och programmerbara logiska kretsar, PLD. Det här är den väg som de flesta asickonstruktörer väljer idag.
Grindantal luddig måttstock
Storleken på digitala asicar mäts i antalet grindar. Det är ett ganska luddigt begrepp. Det intressanta är snarare hur många grindar som går att använda. För helt specialkonstruerade asicar går det förstås att använda samtliga grindar. När asicen istället är en standarcellkrets eller en PLD, är det inte längre en självklarhet. För de enklaste PLD-kretsarna ligger andelen användbara grindar (usable gates) på blygsamma 40 procent. Ofta är det förbindningarna som sätter gränsen för hur stor andel av grindarna som går att utnyttja, och därför kallas ibland de användbara grindarna för anslutningsbara grindar (wireable gates). Mest effektivt, bortsett från att göra helt specialkonstruerade asicar, är standardceller. Andelen användbara grindar kan då ligga på 90-95 procent Fram till början av 1990-talet låg processtekniken för tillverkning av asicar ungefär en generation efter den för standardkretsar. Idag ligger asicarnas processteknik inte längre efter standardkretsars. Ett problem är dock att produktiviteten bland asickonstruktörer minskar jämfört med den för konstruktion av standardkretsar. Det gäller särskilt när man kommer ned i linjebredder under 0,35 µm.
Många hoppas kunna höja produktiviteten genom att lägga in mycket avancerade kretselement, till exempel signalprocessorer, på asic-chipsen. Dessa kretselement kallas ofta IP-block, där IP uttyds Intellectual Property. Men om metoden ska få genomslag krävs standarder för att överföra och kombinera färdiga funktioner och få dem att samarbeta i en ny konstruktion. Ett försök till sådana standarder försöker industrialliansen VSIA, Virtual Socket Interface Alliance, ta fram. VSIA, som har mer än 120 elektronikföretag bland medlemmarna, koncentrerar sig på tre områden: dataformat, gränssnitt och testmetoder. Per Stymne Frilansjournalist
Spretig samling specifika kretsar
En analogmatris har analoga element som kopplas ihop för att bilda analoga funktioner. Kretsarna består av transistorer, kapacitanser och resistanser.
Asic
(Application-specific integrated circuit) En tillämpningsspecifik integrerad krets ska enligt namnet vara just tillämpningsspecifik, men är oftast en krets som konstrueras och tillverkas åt en specifik kund snarare än för en speciell tillämpning.
Csic
(Customer specific integrated circuit) En användarspecifik integrerad krets är just det som en asic oftast är. Det kan verka som hårklyveri, men en del företag skiljer på asic och csic. Termen används dock mycket sparsamt.
ASSP
(Application Specific Standard Product) En tillämpningsspecifik standardkomponent är en asic som säljs som en standardkomponent. Styrkretsar för småmotorer är ett bra exempel.
Cell-based IC
En cellbaserad krets är samma sak som en standardcell.
CSP
(Customizable Standard Product) En "anpassningsbar standardkomponent" är en standardkomponent där tillverkaren låter användaren påverka konstruktionen av en mindre del av kretsen, till exempel utgångarna eller minnet. Om en CSP endast säljs till en enda kund blir den definitionsmässigt en asic.
Embedded array
En inbäddad matris är en blandteknik av standardcell och grindmatris.
FPGA
(Field Programmable Gate Array) Programmerbar grindmatris, som är en variant av PLD.
Full custom device
En asic i sin ädlaste form, vilket innebär att alla kretslösningarna är gjorda enkom för just den kretsen. Alla masker anpassas enligt kundens önskemål. Uttrycket brukar ofta beteckna en asic som inte innehåller några standardiserade kretslösningar som celler.
Gate array
En grindmatris är uppbyggd av transistorer som är ordnade i rader och kolumner, alltså som i en matris. Ett eller flera metalliserade skikt anpassas av användaren för att koppla samman grindarna.
Linear array
En linjärmatris är samma sak som analogmatris.
PLD
(Programmable Logic Device) En programmerbar logikkrets programmeras - kundanpassas - av användaren. Det är kretsar med logiska element som kopplas ihop för att utföra en viss funktion. Ibland görs hopkopplingen en gång för alla, i andra fall ligger kopplingen som instruktioner i ett raderbart läsminne. Se även FPGA.
Standard cell IC
I en standardcellkrets anpassar kunden samtliga masklager med hjälp av ett cellbibliotek som innehåller fördefinierade kretsstrukturer. PS
Asic är den engelska akronymen för "application specific integrated circuit", det vill säga "tillämpningsspecifik integrerad krets". Tillämpningsspecifikt har det dock sällan varit tal om, utan snarare "användarspecifikt". En heltäckande definition är: en asic är en integrerad krets som specialkonstruerats och tillverkats för en viss tillämpning på uppdrag av en viss användare, och som bara säljs till den användaren. Med en asic kan man lägga flera olika funktioner på ett och samma chips. Alternativet är att kombinera flera standardkretsar.
Asicens uppenbara fördel är att man spar utrymme och får enklare förbindningar och strömförsörjning. Ett annat uppenbart plus är att konstruktionen skyddas mot oönskad insyn. En kombination av standardkretsar kan ju lätt analyseras av konkurrenterna, medan en asic är mycket svårare att "genomskåda". Asicen kan också skyddas juridiskt som en unik konstruktion, något som är vanskligt med en konstruktion som bygger på standardkretsar. Det är ett skäl till att asicar av typen enchipssystem, "system on a chip", blir allt vanligare. En annan fördel är att de olika delarna kan ge en optimerad kretslösning, där en kombination av standardkretsar kanske inte vore lika bra.
Dessutom kan en enchipslösning vara ett sätt att konstruera bort potentiella problem och felkällor som en kombination av standardkretsar skulle medföra. Ett exempel är de kombinerade logik- och effektkretsar som utvecklades som asicar i början och mitten av 1980-talet. Konstruktörerna kunde ta hänsyn till hur logikkretsarna påverkades av effektkretsarnas spänningar, strömmar och effektutveckling. Med hela härligheten på ett enda chips fick man därför en elektriskt och termiskt homogen miljö.
Standardkretsar
Asicar av den här typen visade sig fungera så bra att de stora komponenttillverkarna snart började göra standardkretsar efter samma idé. Dagens standardkretsar för till exempel strömförsörjning och motorstyrning härstammar i rakt nedstigande led från 1980-talets asicar. Det är faktiskt ganska vanligt att en krets som från början gjorts som en asic så småningom vidareutvecklas till en standardkrets.
Då har den som från början beställde och bekostade asicen redan skaffat sig ett teknisk försprång, som med lite tur har utmynnat i en de facto-standard. Nackdelen med asictekniken är att den är dyr, särskilt när allt som finns på chipset ska specialkonstrueras. Dessutom tar det lång tid att göra en specialkonstruktion, och det är svårt att få tag i konstruktörer med ett tillräckligt brett och djupt kunnande. Konstruktören måste ju också vara väldigt väl insatt i tillämpningen. Samtidigt hotas asicarna av den allt spretigare floran av ASSP, tilllämpningsspecifika standardkretsar, alltså standarkretsar för nischtillämpningar. En systemkonstruktör har idag att välja mellan två saker: att utveckla en asic eller att anpassa systemet till en färdig ASSP. Ett annat alternativ är att använda en CSP, anpassningsbar standardkrets, där en mindre del av kretsen kan kundanpassas.
Packade kretsar
Den faktor som har förbättrats snabbast sen asic blev ett begrepp i början av 1980-talet är packningstätheten. Nu kan man få en så hög packningstäthet att den är mer än tillräcklig för de flesta asic-konstruktioner. En annan tekniska förbättring är att många leverantörer har gått över från trelagersprocesser till femlagersprocessser. Det ökar visserligen antalet kretselement enormt, men det gör det sannerligen inte lättare att hantera förbindningarna. Miniatyriseringen gör dessutom att resistanserna och induktanserna ökar i de allt smalare förbindningarna inom asicarna.
Därmed ökar även fördröjningarna. Det behövs förfinade konstruktionshjälpmedel för att lösa det problemet. Ett alternativ vore att göra avkall på hastigheten och istället försöka att bygga in fler eller mer raffinerade funktioner. Ett sätt att få ned kostnaden, och samtidigt minska konstruktionstiden, är att utnyttja halvfabrikat i form av standardiserade kretselement. Dit hör standardceller, grindmatriser och programmerbara logiska kretsar, PLD. Det här är den väg som de flesta asickonstruktörer väljer idag.
Grindantal luddig måttstock
Storleken på digitala asicar mäts i antalet grindar. Det är ett ganska luddigt begrepp. Det intressanta är snarare hur många grindar som går att använda. För helt specialkonstruerade asicar går det förstås att använda samtliga grindar. När asicen istället är en standarcellkrets eller en PLD, är det inte längre en självklarhet. För de enklaste PLD-kretsarna ligger andelen användbara grindar (usable gates) på blygsamma 40 procent. Ofta är det förbindningarna som sätter gränsen för hur stor andel av grindarna som går att utnyttja, och därför kallas ibland de användbara grindarna för anslutningsbara grindar (wireable gates). Mest effektivt, bortsett från att göra helt specialkonstruerade asicar, är standardceller. Andelen användbara grindar kan då ligga på 90-95 procent Fram till början av 1990-talet låg processtekniken för tillverkning av asicar ungefär en generation efter den för standardkretsar. Idag ligger asicarnas processteknik inte längre efter standardkretsars. Ett problem är dock att produktiviteten bland asickonstruktörer minskar jämfört med den för konstruktion av standardkretsar. Det gäller särskilt när man kommer ned i linjebredder under 0,35 µm.
Många hoppas kunna höja produktiviteten genom att lägga in mycket avancerade kretselement, till exempel signalprocessorer, på asic-chipsen. Dessa kretselement kallas ofta IP-block, där IP uttyds Intellectual Property. Men om metoden ska få genomslag krävs standarder för att överföra och kombinera färdiga funktioner och få dem att samarbeta i en ny konstruktion. Ett försök till sådana standarder försöker industrialliansen VSIA, Virtual Socket Interface Alliance, ta fram. VSIA, som har mer än 120 elektronikföretag bland medlemmarna, koncentrerar sig på tre områden: dataformat, gränssnitt och testmetoder. Per Stymne Frilansjournalist
Spretig samling specifika kretsar
En analogmatris har analoga element som kopplas ihop för att bilda analoga funktioner. Kretsarna består av transistorer, kapacitanser och resistanser.
Asic
(Application-specific integrated circuit) En tillämpningsspecifik integrerad krets ska enligt namnet vara just tillämpningsspecifik, men är oftast en krets som konstrueras och tillverkas åt en specifik kund snarare än för en speciell tillämpning.
Csic
(Customer specific integrated circuit) En användarspecifik integrerad krets är just det som en asic oftast är. Det kan verka som hårklyveri, men en del företag skiljer på asic och csic. Termen används dock mycket sparsamt.
ASSP
(Application Specific Standard Product) En tillämpningsspecifik standardkomponent är en asic som säljs som en standardkomponent. Styrkretsar för småmotorer är ett bra exempel.
Cell-based IC
En cellbaserad krets är samma sak som en standardcell.
CSP
(Customizable Standard Product) En "anpassningsbar standardkomponent" är en standardkomponent där tillverkaren låter användaren påverka konstruktionen av en mindre del av kretsen, till exempel utgångarna eller minnet. Om en CSP endast säljs till en enda kund blir den definitionsmässigt en asic.
Embedded array
En inbäddad matris är en blandteknik av standardcell och grindmatris.
FPGA
(Field Programmable Gate Array) Programmerbar grindmatris, som är en variant av PLD.
Full custom device
En asic i sin ädlaste form, vilket innebär att alla kretslösningarna är gjorda enkom för just den kretsen. Alla masker anpassas enligt kundens önskemål. Uttrycket brukar ofta beteckna en asic som inte innehåller några standardiserade kretslösningar som celler.
Gate array
En grindmatris är uppbyggd av transistorer som är ordnade i rader och kolumner, alltså som i en matris. Ett eller flera metalliserade skikt anpassas av användaren för att koppla samman grindarna.
Linear array
En linjärmatris är samma sak som analogmatris.
PLD
(Programmable Logic Device) En programmerbar logikkrets programmeras - kundanpassas - av användaren. Det är kretsar med logiska element som kopplas ihop för att utföra en viss funktion. Ibland görs hopkopplingen en gång för alla, i andra fall ligger kopplingen som instruktioner i ett raderbart läsminne. Se även FPGA.
Standard cell IC
I en standardcellkrets anpassar kunden samtliga masklager med hjälp av ett cellbibliotek som innehåller fördefinierade kretsstrukturer. PS
