بخش مدار های ASIC/FPGA _ بلوک های منطقی قابل برنامه ریزی
تاریخچه (مدارهای مجتمع ASIC) _(یک مرور کامل از تاریخچه)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )
(مدارهای مجتمع ASIC) یک دستگاه یا جزء الکترونیکی مینیاتوری است. با استفاده از یک فرآیند خاص، ترانزیستورها، مقاومت ها، خازن‌ها و سلف های مورد نیاز در یک مدار و سیم‌کشی به هم متصل می شوند، در یک یا چند ویفر نیمه هادی کوچک یا بستر دی الکتریک ساخته می شوند و سپس در یک پوسته بسته بندی می شوند و تبدیل به یک ریزساختار با تابع مدار مورد نیاز می شوند. . تمام اجزای سازه از یک کل تشکیل شده اند، به طوری که جزء الکترونیکی به سمت کوچک سازی، مصرف انرژی کم، هوشمندی و قابلیت اطمینان بالا می رود. مدارهای مجتمع در دهه 1970 توسط جک کیلبی (مدارهای مجتمع مبتنی بر ژرمانیوم (Ge)) و رابرت نویز (مدارهای مجتمع مبتنی بر سیلیکون (Si)) اختراع شدند.
تراشه ASIC ( مدار مجتمع ویژه برنامه ) یک مدار مجتمع اختصاصی است، یک تراشه کاربردی اختصاصی که از سطح ریشه در پاسخ به نیازهای کاربر برای یک سیستم الکترونیکی خاص طراحی و تولید شده است، که توان محاسباتی و کارایی محاسباتی آن را می توان بر اساس نیازهای الگوریتم سفارشی کرد. و محصول طراحی بهینه الگوریتم ثابت است. ماژول های تراشه ASIC را می توان به طور گسترده در دستگاه های هوش مصنوعی، دستگاه های استخراج ارز مجازی، دستگاه های چاپ مصرفی، دستگاه های دفاع نظامی و سایر پایانه های هوشمند مورد استفاده قرار داد.
در سطح سخت‌افزار، تراشه های ASIC از مواد اولیه سیلیکون، فسفید گالیم، آرسنید گالیم، نیترید گالیوم و سایر مواد تشکیل شده اند. در سطح ساختار فیزیکی، ماژول های تراشه ASIC از هسته‌های IP مانند واحدهای ذخیره سازی خارجی، مدیران قدرت، پردازنده های صفحه نمایش صوتی و مدارهای شبکه کنار هم قرار می گیرند. یک ماژول تراشه یکسان می تواند یک یا چند تراشه ASIC با عملکرد های یکسان یا متفاوت برای رفع یک یا چند نیاز خاص حمل کند.ASIC ها با الزامات خاص کاربر مشخص می شوند و در مقایسه با آی سی های همه منظوره در تولید انبوه، دارای مزایای اندازه کوچکتر، مصرف انرژی کمتر، افزایش قابلیت اطمینان، بهبود عملکرد، محرمانه بودن افزایش یافته و هزینه کمتر هستند.هر چه مقیاس مدار مجتمع بزرگتر باشد، راه اندازی سیستمی برای تغییر نیازمندی های خاص برای حل این مشکلات دشوارتر است. بنابراین، ظهور مدارهای مجتمع با هدف خاص (ASIC) با مشارکت کاربر در طراحی، که می تواند به طراحی بهینه کل سیستم، عملکرد برتر و محرمانگی دست یابد. ASIC ها می توانند عملکرد های چند، ده ها یا حتی صدها مدار مجتمع متوسط و کوچک مقیاس عمومی را روی یک تراشه یکپارچه کنند. و کل سیستم را می توان روی یک تراشه واحد برای دستیابی به نیازهای سیستم یکپارچه کرد. کل مدار را بهینه می کند. تعداد قطعات کاهش یافت، سیم کشی کوتاه شد، حجم و وزن کاهش یافت و قابلیت اطمینان سیستم بهبود یافت.
ابتدا، ASIC باید به ماژول های عملکردی داخلی تقسیم شود تا هر ماژول عملکردی تابع مربوطه را پیاده سازی کند. هر ماژول عملکردی به یکدیگر متصل می شوند تا کل مدار ASIC را تشکیل دهند. دوم، طراحی منطقی ماژول ها به زبان توصیف سخت افزار (HDL) انجام می شود تا کد سطح انتقال ثبت (RTL) را با توجه به نیازهای عملکردی و رابط شکل دهد. سوم، برای الزامات کاربردی و زمان بندی مشخصات ASIC، کد تست یا محرک آزمایشی را با استفاده از نمونه اولیه آرایه دروازه منطقی قابل برنامه ریزی میدانی (FPGA) یا شبیه‌سازی نرم‌افزار بنویسید تا منطق را تأیید کنید و اطمینان حاصل کنید که طراحی منطقی کاملاً با الزامات طراحی مطابقت دارد. چهارم، کد RTL توسط ابزار سنتز منطق به کتابخانه فرآیند مربوطه نگاشت می شود.بر خلاف تراشه های معمولی مانند CPU که با خواندن و اجرای دستورالعمل های کد برنامه خارجی، نتایج را تولید می کنند، تراشه های ASIC سیگنال های داده ورودی خام را می خوانند و سیگنال های خروجی را مستقیماً پس از عملیات مدار منطقی داخلی تولید می کنند.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
دکترایِ تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک