每個人都應該熟悉“集成電路”（IC）這一術語，它是現代電子設備中的基本組件。IC有不同的類型和配置，可滿足廣泛的應用。從廣義上講，這些電路可以分爲兩類：一類是爲特定應用而設計的，另一類是可以爲各種目的重新編程的。本文我們將深入研究專用集成電路（ASIC），這是一種爲特定用途量身定制的IC，重點介紹它們的設計、優勢和應用領域。

什麽是ASIC芯片（專用集成電路）？

ASIC是專門爲特定應用或用途設計和定制的集成電路。與可用于各種設備的通用集成電路不同，它們通常是根據其預期應用的特定需求從頭開始創建的。例子包括玩具中的芯片或用于存儲器和微處理器接口的芯片。

ASIC的類型

1.全定制ASIC

這些ASIC是爲特定應用從頭開始設計的。芯片的每個方面，從邏輯門到電路布局，都是定制的，以滿足預期應用的精確要求。全定制ASIC具有最高的性能和最低的功耗，但它們也是設計和制造最昂貴、最耗時的。它們通常用于容量足夠高或性能要求足夠嚴格的應用中，以證明額外的成本和努力是合理的。

2.半定制ASIC

半定制ASIC，包括標准單元ASIC和門陣列ASIC，在定制和成本之間實現了平衡。

標准單元ASIC：在標准的基于單元的ASIC设计中，標准單元库包含预先设计的逻辑单元，如AND門、OR門、多路复用器和触发器。這些单元被标准化并存储以用于ASIC芯片設計。ASIC芯片通常包括由這些成排排列的单元组成的標准單元区域或柔性块，并且还可以包含诸如微控制器或微处理器之类的巨型单元，称为巨型功能、系统级宏或固定块/功能标准块。標准單元ASIC的掩模层是可定制的，允许设计人员在芯片上战略性地放置標准單元，从而实现高效的空间利用率和优化的性能，这种设计方法也称为C-BIC。

門陣列ASIC：門陣列ASIC是一種半定制ASIC，在硅片上具有预定义的晶体管，设计者不能改变晶体管的位置，但可以使用管芯的初始金属层改变它们之间的互连。该设计利用門陣列库进行配置，通常会产生沟道、无沟道或结构化門陣列，每种門陣列的互连方法各不相同。这种被称为掩模門陣列的方法依赖于基础阵列图案和基础单元进行电路设计。

通道化門陣列：利用邏輯單元之間的預定義布線通道進行布線連接，適用于需要靈活互連路徑的標准化設計。

无通道門陣列：缺少預定義的布線通道，通過將互連直接放置在單元上，可以實現更緊湊的設計，從而提高芯片密度。

结构化門陣列：將預定義的邏輯塊與可定制的互連層相結合，在設計靈活性和快速開發之間實現平衡。

3.可編程ASIC

可編程逻辑器件（PLD）：一種數字集成電路，可以編程以執行各種邏輯操作。它們在各種應用中用于實現定制邏輯電路，而不需要定制半導體制造。

FPGA：可重新編程，可用于各種應用。它們可以在制造後由用戶根據不同需求進行配置。

專用集成電路（ASIC）設計流程

設計入口：在這個階段，微架構是使用VHDL、Verilog和System Verilog等硬件描述語言開發的。

邏輯綜合：这个阶段涉及创建一个网表，概述逻辑单元、它们的互连和其他必要的组件，所有這些都来自HDL代碼。

系統分區：在這裏，大芯片被劃分爲可管理的ASIC大小的部分，以實現更高效的設計和處理。

預布局模擬：在此階段進行模擬，以識別和糾正設計中的任何錯誤。

布局規劃：在此階段，確定芯片上網表塊的排列。

放置：這一步涉及確定每個塊中單元格的確切位置。

路由：在此階段，塊和單元之間建立物理連接。

提取：這一階段的重點是評估連接的電氣特性，如電阻和電容。

布局後仿真：在設計交付制造之前，這一最終仿真測試了整個系統的功能，包括互連負載的影響。

ASIC的優點

高性能：ASIC是为特定应用而定制的，使其能够实现比通用集成电路更高的性能水平。  

低功耗：由于ASIC針對特定用途進行了優化，因此與執行相同任務的其他IC類型相比，它們通常消耗更少的功率。

更小的尺寸：ASIC可以將許多功能集成到一個小芯片中，從而減小設備的整體尺寸。

降低單位成本：雖然初始開發成本很高，但對于大規模生産來說，單位成本可以顯著降低。

更高的安全性：定制使其他人更難對硬件進行逆向工程，從而提供了額外的安全層。

更少的組件：多功能的集成減少了所需的單獨組件的數量，從而簡化了結構並提高了可靠性。

ASIC的應用

ASIC的獨特特性改變了電子制造業，導致芯片尺寸更小，每個芯片的邏輯柵極密度更大。ASIC芯片通常用于高級應用，在衛星中充當IP核，在ROM生産中至關重要，並用于微控制器以及廣泛的醫療和研究應用。目前，ASIC技術最顯著的用途之一是比特幣挖礦。

ASIC與FPGA有何不同？

ASIC或專用集成電路是为特定任务定制设计的半导体芯片，因此不适合通用用途。這些电路一旦制造出来，就不能重新编程。相比之下，FPGA或现场可編程門陣列具有可編程硬件，允许靈活性和制造后的重新配置。这里有一个更好的比较：

總之，FPGA和ASIC之间的选择取决于具体的應用要求。FPGA因其适应性和快速部署而备受青睐，非常适合不断发展的环境、原型设计和需要靈活性的中型生产。相反，ASIC在效率方面表现出色，提供了优化的性能和较低的功耗，使其成为大批量、稳定应用的更好选择，在這些应用中，高初始成本可以通过大规模生产效益来抵消。使用FPGA還是ASIC的决定最终取决于所需的靈活性、性能需求、功耗和产量等因素。