কাস্টম আইসি চিপ তৈরি করা ঠিকভাবে শুরু করতে হলে আসলে কী তৈরি করা দরকার তা ভালো করে বোঝা প্রয়োজন। প্রকৌশলী দলটি পণ্য উন্নয়নকারীদের সঙ্গে ঘনিষ্ঠভাবে কাজ করে শক্তি খরচের লক্ষ্যমাত্রা ইত্যাদি বিষয়গুলি নির্ধারণ করে, যা সাধারণত অধিকাংশ আইওটি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ১ ওয়াটের নিচে থাকা প্রয়োজন। তারা প্রতিটি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য তাপ বিকিরণ এবং কর্মদক্ষতার প্রয়োজনীয়তার সীমা নির্ধারণ করে। উদাহরণস্বরূপ, অটোমোটিভ সিস্টেমগুলিতে প্রায়ই ১০ ন্যানোসেকেন্ডের নিচে সিগন্যাল প্রসেসিং সময় প্রয়োজন হয়। ২০২৩ সালের এএসআইসি উন্নয়ন প্রবণতার একটি সদ্য পর্যালোচনা একটি আকর্ষক তথ্য দেখায়: যখন প্রকৌশলীদের কাছে স্পষ্ট এবং বিস্তারিত স্পেসিফিকেশন আগে থেকে থাকে, তখন প্রায় পাঁচের মধ্যে চারটি প্রকল্প প্রাথমিক পরীক্ষার পর্যায় সফলভাবে পার হয়। কিন্তু এই ধাপটি বাদ দিলে? তখন প্রথম চেষ্টাতে সফল হওয়ার সম্ভাবনা তীব্রভাবে কমে গিয়ে মাত্র প্রায় এক তৃতীয়াংশে দাঁড়ায়।
ইঞ্জিনিয়ারিং দলগুলি প্রায়শই RISC-V বা ARM-এর মতো প্রসেসিং কোর এবং মেমরি সিস্টেম ও ইনপুট/আউটপুট সংযোগকে চূড়ান্ত পণ্যের প্রয়োজনীয়তা অনুযায়ী একত্রিত করার সময় মডিউলার ডিজাইন পদ্ধতি প্রয়োগ করে। শিল্প স্বচালনায় ব্যবহৃত চিপগুলির ক্ষেত্রে কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয় বিবেচনা করা হয়। নিরাপত্তা সর্বোচ্চ গুরুত্বপূর্ণ, তাই ডিজাইনাররা ISO 13849 মানদণ্ড পূরণ করে এমন ব্যাকআপ সার্কিট অন্তর্ভুক্ত করেন। রিয়েল টাইম সিগন্যাল প্রসেসিং ক্ষমতা আরেকটি অপরিহার্য বৈশিষ্ট্য। এবং এই উপাদানগুলির চরম পরিস্থিতিতেও নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করা প্রয়োজন, ব্যর্থ না হয়ে ঘনাদশ ডিগ্রি সেলসিয়াস থেকে শুরু করে প্লাস 125 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত সঠিকভাবে কাজ করতে হবে।
একবার আর্কিটেকচার যাচাই করা শেষ হয়ে গেলে, প্রকৌশলীরা HDL কোডিং-এ এগিয়ে যান, সিমুলেশন চালান এবং Cadence Innovus-সহ বিভিন্ন টুল ব্যবহার করে ফিজিক্যাল লেআউট অপ্টিমাইজ করেন। প্রক্রিয়ার শুরুতেই একাধিক প্রোটোটাইপ পুনরাবৃত্তির মাধ্যমে ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ইন্টারফারেন্স (EMI) পরীক্ষা এবং তাপীয় বিশ্লেষণ সম্পন্ন করা পরবর্তীকালে ব্যয়বহুল রিস্পিনগুলি কমাতে পারে। প্রথম সিলিকন চিপটি ডেলিভার করতে বেশিরভাগ ফাউন্ড্রির প্রায় 12 থেকে 18 সপ্তাহ সময় লাগে, তাই টেপআউটের আগে বিস্তারিত যাচাইকরণ প্রকল্পের সময়সূচী এবং বাজেট নিয়ন্ত্রণের জন্য এতটা গুরুত্বপূর্ণ থাকে।
২০২৪ সালের সাম্প্রতিক এম্বেডেড সিস্টেমস রিপোর্ট অনুযায়ী, আইওটি সেন্সর নোডগুলিতে আলস্যের সময় বিদ্যুৎ খরচ প্রায় 70 শতাংশ পর্যন্ত কমাতে ঘড়ি গেটিং-এর সঙ্গে অভিযোজিত ভোল্টেজ স্কেলিং-এর মতো কৌশলগুলি ব্যবহার করা হয়। এখন চতুর ডিজাইনাররা উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি কম্পিউটিং উপাদানগুলিকে সেই অংশগুলি থেকে আলাদা করতে একাধিক পাওয়ার ডোমেন বাস্তবায়ন করছেন যা সবসময় সক্রিয় থাকতে হয়। চিরস্থায়ী কার্যকরী প্রয়োজনীয়তা থাকা ডিভাইসগুলির মধ্যে মেডিকেল ওয়্যারেবল প্রযুক্তি এবং পরিবেশগত পর্যবেক্ষণ সরঞ্জামগুলির মতো ক্ষেত্রে ব্যাটারি আয়ু বাড়ানোর জন্য এই পদ্ধতিটি বিশেষ সাহায্য করে। ব্লুটুথ লো এনার্জি ট্রান্সমিটারগুলির ক্ষেত্রে বিশেষ করে, পিএমআইসি ডিজাইনগুলিতে থ্রেশহোল্ডগুলি গতিশীলভাবে সামঞ্জস্য করা হলে তাদের কার্যকরী আয়ু প্রায় 22% বেশি হয়, যদিও ভালো সিগন্যাল পৌঁছানোর দূরত্ব বজায় রাখা হয়। উৎপাদনকারীরা নির্ভরযোগ্যতা ছাড়াই কর্মক্ষমতা অনুকূলিত করার উপায় খুঁজছেন এমন পরিস্থিতিতে শিল্প ধীরে ধীরে এই পদ্ধতিগুলি গ্রহণ করছে।
প্যাকেজ এবং তাদের সম্পর্কিত সার্কিটগুলি একসাথে ডিজাইন করার সময়, আমরা চিপের মধ্যে টার্মিনেশন নেটওয়ার্কগুলির পাশাপাশি প্যাকেজের অবাঞ্ছিত প্যারাসিটিকগুলি বিবেচনা করতে পারি বলে আসলে সিগন্যালের গুণমান আরও ভালো হয়। ইম্পিড্যান্স-ম্যাচড ইনপুট/আউটপুট বাফার অন্তর্ভুক্ত করে এমন কিছু কাস্টম ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট ডিজাইন ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ব্যাঘাতকে বেশ উল্লেখযোগ্যভাবে কমিয়ে দেখানো হয়েছে। 2023 সালের একটি সদ্য শিল্প মানদণ্ড খুঁজে পেয়েছে যে এই বিশেষ ডিজাইনগুলি সাধারণ প্রস্তুত-প্রসারিত বিকল্পগুলির তুলনায় ইএমআই-কে প্রায় 41% কমিয়ে দিয়েছে। মোটর নিয়ন্ত্রণ অ্যাপ্লিকেশন নির্দিষ্ট ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট , তাপ ব্যবস্থাপনা এছাড়াও খুব গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে। ভালো তাপীয় পরিকল্পনা অপ্রীতিকর হট স্পটগুলি গঠন প্রতিরোধ করতে সাহায্য করে। এবং আসুন ঐ ছোট ডিকাপলিং সম্পর্কে ভুলব না ক্যাপাসিটর নকশা নিয়ম অনুযায়ী তাদের ঠিক জায়গায় রাখা দরকার যাতে লোড হঠাৎ পরিবর্তন হলেও শক্তি স্থিতিশীল থাকে।
গবেষকরা একটি ক্রমাগত গ্লুকোজ মনিটরিং সিস্টেম তৈরি করেছেন যা একবার চার্জ দিলে সর্বোচ্চ 18 মাস পর্যন্ত চলতে পারে, যা কয়েকটি চতুর ডিজাইন পছন্দের ফলে সম্ভব হয়েছে। প্রথমত, তারা এনালগ ফ্রন্ট এন্ড সার্কিটগুলিতে সাবথ্রেশহোল্ড অপারেশন কৌশল প্রয়োগ করেছেন যা শক্তি খরচকে আমূল কমিয়ে দেয়। দ্বিতীয়ত, তারা ডেটা ট্রান্সমিশনের সময় রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি বার্স্টের সাথে সমন্বিতভাবে কাজ করে এমন টাইম ইন্টারলিভড ADC স্যাম্পলিং ব্যবহার করেছেন। এবং তৃতীয়ত, তারা চিপে সৌরশক্তি সংগ্রহের প্রযুক্তি যুক্ত করেছেন যা সাধারণ অভ্যন্তরীণ আলোকের অধীনেও প্রায় 15 মাইক্রোওয়াট শক্তি উৎপাদন করতে পারে। ফলস্বরূপ তৈরি 40 ন্যানোমিটারের কাস্টম ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটটি চমৎকার ফলাফলও দেয় - প্রতি মেগাহার্টজে মাত্র 3.2 মাইক্রোঅ্যাম্পিয়ার টান করে প্রায় 99.3 শতাংশ পরিমাপের নির্ভুলতা অর্জন করে। এটি এই ধরনের আগের ডিভাইসগুলির তুলনায় শক্তি খরচের প্রায় দুই-তৃতীয়াংশ হ্রাস নির্দেশ করে।
যেখানে ওয়্যারেবল এবং IoT ডিভাইসগুলির জন্য স্থান সীমিত এবং তাপ ব্যবস্থাপনা গুরুত্বপূর্ণ, সেখানে উন্নত লেআউট কৌশলগুলি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে। আজকাল অনেক ইঞ্জিনিয়ার 3DIC স্ট্যাকিং-এর পাশাপাশি মাইক্রোভিয়া প্রযুক্তির দিকে ঝুঁকছেন কারণ এটি সংকেতগুলিকে পরিষ্কার এবং শক্তিশালী রাখার পাশাপাশি মোট ফুটপ্রিন্ট কমাতে পারে। 2023 সালের কিছু সদ্য গবেষণা System-in-Package ডিজাইনে কপার পিলারগুলি কৌশলগতভাবে স্থাপন করার প্রভাব নিয়ে আলোচনা করেছে। ফলাফল? স্ট্যান্ডার্ড লেআউটের তুলনায় হটস্পট 34% কমে গেছে। প্রযুক্তির উন্নতির সাথে সাথে উপাদানগুলি কতটা ঘনিষ্ঠভাবে প্যাক করা হচ্ছে তা বিবেচনা করলে এটি বেশ চমৎকার।
গুরুত্বপূর্ণ কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে:
শিল্প অনুমান অনুযায়ী, 2025 এর মধ্যে নতুন হাই-পারফরম্যান্স কম্পিউটিং চিপ ডিজাইনের 50% UCIe-অনুকূল ইন্টারকানেক্টগুলির বিরুদ্ধে উপ-7mm ডিভাইস প্রোফাইলগুলিতে তাপীয় সীমাবদ্ধতা মোকাবেলা করতে হবে।
থার্ড-পার্টি এবং বিশেষাধিকার IP-এর মধ্যে পছন্দটি বাজারে আনার গতি এবং কার্যকারিতা পার্থক্যের মধ্যে আপোস জড়িত। অটোমোটিভ কন্ট্রোলারের জন্য বাণিজ্যিক PCIe 6.0 বা DDR5 PHY IP উন্নয়নকে ত্বরান্বিত করে, যেখানে কাস্টম নিউরাল নেটওয়ার্ক অ্যাক্সেলারেটরগুলি প্রান্তিক AI অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে 2–3 গুণ ভালো শক্তি দক্ষতা প্রদান করে।
SoC ডেভেলপারদের একটি 2024 সার্ভে নিম্নলিখিত প্রবণতাগুলি উন্মোচিত করেছে:
| একীভূতকরণ পদ্ধতি | গড় উন্নয়ন সময় | শক্তি অপ্টিমাইজেশন নমনীয়তা |
|---|---|---|
| থার্ড-পার্টি IP | 7.2 মাস | 38% |
| কাস্টম IP | ১১.৫ মাস | 81% |
সম্প্রতি পরিচালিত গবেষণায় দেখা গেছে যে চিপলেট-ভিত্তিক ডিজাইনে স্ট্যান্ডার্ডাইজড UCIe ইন্টারফেসগুলি কার্যকারিতা বজায় রেখে একীভূতকরণের ঝুঁকি কমায়। শিল্প স্বচালন SoC-এ বাণিজ্যিক মোটর নিয়ন্ত্রণ IP-এর সঙ্গে স্বতন্ত্র নিরাপত্তা মডিউলগুলি একত্রিত করে sub-2W শক্তির সীমার মধ্যে ASIL-D অনুগত হওয়া সম্ভব করে তোলে।
আজকের EDA টুলগুলি সিমুলেশন এবং যাচাইকরণের সময় ঘটা সেই বিরক্তিকর পুনরাবৃত্তিমূলক কাজগুলির প্রায় 70% পর্যন্ত মোকাবিলা করে, যা কাস্টম IC ডেভেলপমেন্টের ক্ষেত্রে কাজের গতি বাড়িয়ে দেয়। এই প্ল্যাটফর্মগুলি ইঞ্জিনিয়ারদের চরম অবস্থায় চাপ দেওয়ার সময় শক্তির কার্যকারিতা পরীক্ষা করতে এবং সংকেত পথগুলি সূক্ষ্মভাবে সমন্বয় করতে দেয় যাতে সেগুলি আসল জীবনের পরিস্থিতিতে নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করে। শিল্প বিশ্লেষকদের কাছ থেকে প্রাপ্ত সর্বশেষ 2024 সালের EDA টুলস রিপোর্ট অনুযায়ী, এই সংহত সিস্টেমগুলি ব্যবহার করা কোম্পানিগুলি অন্তর্নির্মিত ডিজাইন নিয়ম পরীক্ষা এবং উন্নত তাপীয় মডেলিং ক্ষমতার কারণে ফ্যাব্রিকেশনের পরে প্রায় 43% ত্রুটি হ্রাস করে। এটা যুক্তিযুক্ত কারণ শুরুতেই সমস্যা ধরা পড়লে ভবিষ্যতে সবার সময় এবং অর্থ বাঁচে।
পূর্ণাঙ্গ ইডিএ সিস্টেমগুলি প্রতি বছর প্রায় অর্ধ মিলিয়ন ডলার পর্যন্ত খরচ হতে পারে, যদিও এখন মডিউলার বিকল্পগুলি রয়েছে যা ছোট ব্যবসা প্রতিষ্ঠানগুলির জন্য আরও ভালভাবে স্কেল করে। টোকেন-ভিত্তিক লাইসেন্সিংয়ের মাধ্যমে ইঞ্জিনিয়ারিং দলগুলি আসলে চিপ লেআউট সেট আপ করার সময় বা প্যারাসিটিক প্রভাব নিয়ে কাজ করার মতো গুরুত্বপূর্ণ পর্যায়ে সেই উন্নত সিনথেসিস টুলগুলি ব্যবহার করতে পারে। গত বছর প্রকাশিত কিছু গবেষণা অনুযায়ী, মাঝারি আকারের কোম্পানিগুলি তাদের বিনিয়োগের উপর প্রায় এক চতুর্থাংশ আগেই ফেরত পেয়েছে যখন তারা ওপেন সোর্স প্রজেক্ট থেকে বিনামূল্যে যাচাইকরণ সফটওয়্যার এবং প্রতিষ্ঠিত বিক্রেতাদের কাছ থেকে পেইড লেআউট প্রোগ্রামগুলি একত্রিত করেছে। বর্তমানে অনেক বাড়ছে এমন প্রযুক্তি ফার্মগুলির জন্য এই হাইব্রিড পদ্ধতি ভালোভাবে কাজ করছে।
এএসআইসি উন্নয়নে ঝুঁকি কমানোর জন্য প্রধান কৌশলগুলি হল:
এই পদ্ধতিগুলি পুনঃস্পিন এড়াতে সাহায্য করে, যা প্রতি মাস্ক সংশোধনের জন্য বাজারজাতকরণের সময় 14–22 সপ্তাহ পর্যন্ত বিলম্বিত করতে পারে।
নতুন ডেভেলপাররা বাইরের ডিজাইন কেন্দ্র এবং প্রোটোটাইপের জন্য শিপিং সেবা ব্যবহার করে দু-মিলিয়ন ডলারের বেশি হওয়া স্টার্টআপ খরচ এড়ানোর উপায় খুঁজে পাচ্ছেন। এখন এএসআইসি-এ বিশেষজ্ঞ কোম্পানিগুলি চিপ আর্কিটেকচার থেকে শুরু করে চূড়ান্ত জিডিএসআইআই ফাইলগুলি হস্তান্তর পর্যন্ত সবকিছু মোকাবেলা করে। অনেক ফাউন্ড্রিও ছোট খেলোয়াড়দের জন্য দরজা খুলে দিয়েছে, যাতে তারা প্রথমে বিশাল উৎপাদন চালানোর প্রতিশ্রুতি ছাড়াই 12nm এবং 16nm-এ উন্নত উৎপাদন প্রক্রিয়ায় প্রবেশাধিকার পায়। এর অর্থ ছোট ব্যবসাগুলির জন্য এটি যে, তারা ব্যয়বহুল অবকাঠামো প্রথম থেকে তৈরি করার চেষ্টায় আটকে না পড়ে তাদের বাজারের জন্য কিছু অনন্য তৈরি করার জন্য আসলে সময় কাটাতে পারে।
আধুনিক স্মার্ট সিস্টেমগুলিতে বিভিন্ন ধরনের চাহিদা মেটাতে কাস্টম ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটগুলি ব্যবহৃত হয়। উদাহরণস্বরূপ, IoT এজ ডিভাইসগুলির কথা বলা যাক, যেখানে নিউরোমরফিক ডিজাইনগুলি AI প্রসেসিং-এর চাহিদা প্রায় 80 শতাংশ পর্যন্ত কমিয়ে দেয়, অথচ গতির খুব বেশি ক্ষতি হয় না এবং প্রতিক্রিয়ার সময় দশ মিলিসেকেন্ডের নিচে থাকে। অটোমোটিভ শিল্পও বড় অগ্রগতি অর্জন করেছে। তাদের সিস্টেম অন চিপগুলিতে এখন একটি চিপেই 15 টির বেশি অ্যাডভান্সড ড্রাইভার অ্যাসিসট্যান্স ফিচার রয়েছে, যার ফলে স্বাচ্ছন্দ্যচালনা প্রযুক্তির পরীক্ষার পর্যায়ে গাড়িগুলি প্রায় 40 শতাংশ দ্রুত বস্তু শনাক্ত করতে পারে। শিল্পক্ষেত্রগুলিও ভুলে যাওয়া উচিত নয়। যখন উৎপাদনকারীরা তাদের কাস্টম চিপগুলির ভিতরেই ক্ষুদ্র MEMS সেন্সরগুলি স্থাপন করেন, তখন তারা প্রকৃতপক্ষে প্রেডিক্টিভ মেইনটেন্যান্সের নির্ভুলতা বাড়িয়ে তোলেন, বিশেষ করে যখন সরঞ্জামগুলি ধ্রুবকভাবে কম্পন করে। বাস্তব পরীক্ষায় এই কঠোর অবস্থাগুলিতে নির্ভুলতার হার প্রায় এক তৃতীয়াংশ বেশি দেখা যায়।
বাজারের সন্তৃপ্তির মোকাবিলা করতে উৎপাদনকারীরা এনক্রিপশন, মোটর নিয়ন্ত্রণ এবং ওয়্যারলেস প্রোটোকলের জন্য স্বতন্ত্র অ্যাক্সেলারেটর সহ উল্লম্বভাবে অপ্টিমাইজড SoC ব্যবহার করে। AIoT এন্ডপয়েন্টগুলিতে নিউরাল নেটওয়ার্কের মাধ্যমে সাধারণ উদ্দেশ্যের GPU-এর চেয়ে কাস্টম ম্যাট্রিক্স গুণন ইউনিটগুলি 5 গুণ বেশি কার্যকরী।
শক্তিশালী FP16 কোর এবং অ্যাডাপটিভ ভোল্টেজ স্কেলিং মেডিকেল ইমেজিং সিস্টেমগুলিকে রোগ নির্ণয়ের নির্ভুলতা ক্ষুণ্ণ না করেই 30% দ্রুত টিউমার শনাক্ত করতে সক্ষম করে। কাস্টম IC ব্যবহার করে রিয়েল-টাইম শিল্প নিয়ন্ত্রকগুলি নিরাপত্তা-সংক্রান্ত শাটডাউন অপারেশনের জন্য 2¼s-এর নিচে প্রতিক্রিয়া সময় অর্জন করে, যা মিশন-সংক্রান্ত অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সিস্টেমের নির্ভরযোগ্যতা বৃদ্ধি করে।