En programmerbar kärna i asicen underlättar prototyparbetet och gör att konstruktionen kan ändras i sista stund. De tre halvledartillverkarna LSI Logic, Lucent och Atmel har presenterat var sin programmerbar lösning.

Att utveckla en systemkrets som sedan fallerar är dyrt. Mycket dyrt. För att minska risken för kostsamma omkonstruktioner introducerar därför tre kiselleverantörer programmerbara kärnor i sina asicar och tillämpningsspecifika standardprodukter, ASSPer.

Trion LSI Logic, Atmel och Lucent har alla valt olika angreppssätt, men grundtanken är densamma. Den går ut på att konstruktörsgruppen delar upp sin stora konstruktion i mindre, mer hanterbara delar. De delar som bedöms ha stor sannolikhet att fungera placerar man i asicdelen, som ska implementeras i standardcell- eller grindmatristeknik. Dessa "säkra" delar kan vara block man själv konstruerat och använt tidigare eller verifierade processorkärnor, gränssnittsfunktioner och minnesblock.

Helt nykonstruerade delar som aldrig verifierats på kisel får däremot ta plats i systemkretsens programmerbara del. Därmed blir det lätt att skapa prototyper, och när kretsen inte fungerar som det var tänkt så programmerar man bara om den.

Inte minst telekom- och nätverksföretag kan ha nytta av programmerbarheten när de utvecklar produkter som bygger på standarder som inte är helt fastslagna. Och om man misstänker att projektets specifikation kommer att ändras så kan man förpassa osäkra delar till det programmerbara utrymmet. En annan möjlighet är att utnyttja den programmerbara kärnan för att göra olika versioner av systemkretsen för olika marknader eller tillämpningar.

Rätta fel på fältet

LSI Logics bidrag är en FPGA-kärna som ingår i företagets asicbibliotek Coreware. Den har upp till 50 000 grindar och ska dela kisel med företagets 0,18 μm asicprocess G12.

- Den inbyggda FPGA-kärnan minskar utvecklingstiden. Vi ser ett stort intresse från systemföretagen för den här tekniken, säger LSIs Ronnie Vasishta.

Förutom att man har nytta av programmerbarheten vid prototyparbetet, så kan man till och med rätta fel eller uppgradera kretsen efter att den tagit plats i en produkt.

LSI har inte valt någon traditionell FPGA-arkitektur utan licensierar FPGA- tekniken från nystartade Adaptive Silicon. Adaptives kärna sägs vara skräddarsydd just för att byggas in i asicar, och logikstrukturen sägs därför rymma fler grindar per kvadratmillimeter jämfört med existerande FPGA- strukturer. Samtidigt är den enligt LSI snabbare, effektsnålare och har kortare testtider jämfört med vanliga FPGA-arkitekturer.

Fast FPGA-arkitekturen är naturligtvis fortfarande mindre effektivt packad, långsammare och mer effektslukande än asictekniken. Men en 50 000 grindarskärna står ändå inte för mer än 10 procent av kiselytan på en 100 mm2 asic i G12- processen.

Även Atmel bygger in FPGA-kärnor i sina asicar, som är av grindmatristyp. Företaget utnyttjar sin egen FPGA-arkitektur i den egna AT40K-familjen, och inbyggnadskärnorna har 10 000, 40 000 eller 80 000 grindar.

Lucent Technologies har däremot valt en annan typ av lösning. Man utnyttjar teknik från företaget Chip Express för att kunna erbjuda grindmatriskärnor som programmeras med hjälp av laser. Kärnorna heter CX och kan integreras i Lucents 0,25 μm standardcellprocess.

- Kostnaden för masker och kiselskivor nästan fördubblas vid varje ny processgeneration, och konstruktörerna har en väldig press på sig att få sina konstruktioner rätt på första försöket. Men komplexiteten i systemkretsarna gör det nästan omöjligt att uppnå det målet, säger Mark Pinto på Lucent.

Först laser, sedan mask

Lucents plan är därför att låta konstruktörerna ta fram prototypkretsar genom att laserprogrammera de delar av konstruktionen de är osäkra på.

Om man hittar fel i den laserprogrammerade kretsen så kan man tillverka en rättad variant på några dagar, vilket är betydligt snabbare jämfört med att ta fram en ny version av en standardcellkrets. Dessutom är laseralternativet mycket billigare.

När kretsen väl fungerar tar man fram en maskprogrammerad version för volymproduktion med hjälp av tekniken från Chip Express som endast påverkar en enda mask. Konstruktörsgruppen behöver inte ändra konstruktionen alls; laserprototypen och de maskprogrammerade kretsarna har exakt samma funktioner och elektriska egenskaper.

Hur står sig då en laserprogrammerbar kärna gentemot en FPGA-kärna? Jo, laserkärnans styrka är att logiken kan packas mycket tätare än vad som är möjligt i en FPGA-dito. Å andra sidan måste man sända kretsarna till Lucents fabrik i Florida för att få dem programmerade.

Charlotta von Schultz