EN
Գրիգ Հղումներ
Պատվերով պատրաստված IC միկրոսխեմաների ճիշտ ստացումը սկսվում է այն բանի իրական հասկացությունից, թե ինչ է պետք կառուցել: Ճարտարագիտական թիմը սերտորեն համագործակցում է արտադրանքի մշակողների հետ՝ որոշելու համար օրինակ՝ էներգասպառումը, որը սովորաբար պետք է մնա 1 Վտ-ից ցածր ինտերնետ-ի առաջատար կիրառությունների համար: Նրանք նաև սահմանափակում են ջերմության ցրման և յուրաքանչյուր կիրառության համար հատուկ աշխատանքային պահանջները: Օրինակ՝ ավտոմեքենաների համակարգերը հաճախ պահանջում են սիգնալի մշակման ժամանակ 10 նանովրկյանից ցածր: 2023 թվականի ASIC-ների մշակման մի վերջերս ուսումնասիրությունը ցույց է տվել մի հետաքրքիր փաստ. երբ ինժեներներն ունեն պարզ և մանրամասն տեխնիկական պայմաններ սկզբից, համակարգի մոտ ութսուն տոկոսը հաջողությամբ անցնում է սկզբնական փորձարկման փուլը: Բայց եթե դա բաց թողնեն, ապա հաջողության հավանականությունը կտրուկ նվազում է՝ միայն մոտ մեկ երրորդի չափով առաջին փորձի համար:
Ճողկագիտական թիմերը հաճախ օգտագործում են մոդուլային նախագծման մոտեցումներ՝ RISC-V կամ ARM տիպի մշակման միջուկներ, հիշողության համակարգեր և վերջնական արտադրանքին համապատասխան մուտքային/ելքային միացումներ միավորելու համար: Արդյունաբերական ավտոմատացման մեջ օգտագործվող չիփերի համար կան մի քանի կարևոր համարվող համարձակումներ: Անվտանգությունը առաջնային է, ուստի նախագետները ներդրում են պահեստային շղթաներ, որոնք համապատասխանում են ISO 13849 ստանդարտներին: Իրական ժամանակում սիգնալների մշակումը մեկ այլ անհրաժեշտ հատկանիշ է: Եվ այս բաղադրիչները պետք է աշխատեն հուսալիորեն նույնիսկ ծայրահեղ պայմաններում՝ աշխատելով հավասարակշռված ձևով -40 աստիճան Ցելսիուսից մինչև +125 աստիճան Ցելսիուս՝ առանց ձախողման:
Ճարչապատկերի ստուգումից հետո ինժեներները անցնում են HDL ծրագրավորմանը, սիմուլյացիաների և ֆիզիկական դասավորության օպտիմալացմանը՝ օգտագործելով տարբեր գործիքներ, այդ թվում՝ Cadence Innovus-ը: Էլեկտրամագնիսական խանգարումների (EMI) ստուգումներն ու ջերմային անալիզը շատ վաղ փուլերում՝ բազմաթիվ նախնական օրինակների միջոցով, կարող են նվազեցնել հետագայում առաջացող թանկարժեք վերանկարագրման անհրաժեշտությունը: Առաջին սիլիցիումե միկրոսխեման ստանձնելու համար մեծամասնության համար անհրաժեշտ է մոտ 12-ից 18 շաբաթ, ինչը նշանակում է, որ տեսանյութի թողարկումից առաջ հիմանդիր ստուգումներն այնքան կարևոր են նախագծի ժամանակացույցի և բյուջեի վերահսկման համար:
Ըստ 2024 թվականի վերջին «Տեղադրված համակարգերի զեկուցման», ադապտիվ լարման կարգավորումը և ժամանակային դադարը միասին կարող են իջեցնել IoT սենսորային հանգույցների անջատված վիճակում հոսանքի սպառումը մոտ 70 տոկոսով: Խելացի նախագծողները հիմա օգտագործում են բազմաթիվ էներգային տիրույթներ՝ բարձր հաճախականությամբ հաշվարկային բաղադրիչները այն մասերից անջատելու համար, որոնք պետք է մշտապես ակտիվ լինեն: Այս մոտեցումը իսկապես օգնում է երկարաձգել մարտկոցի կյանքը սարքերում, ինչպիսիք են բժշկական կրելիքները և շրջակա միջավայրի հսկման սարքավորումները, որտեղ երկարաժամկետ աշխատանքը կարևոր է: Նշանական է, որ Bluetooth Low Energy հաղորդիչների դեպքում PMIC նախագծերում շեմերի դինամիկ կարգավորումը հնարավորություն է տալիս դրանց աշխատել մոտ 22% երկար ժամանակ՝ պահպանելով լավ սիգնալի հասանելիություն: Արդյունաբերությունը աստիճանաբար ընդունում է այս մեթոդները, քանի որ արտադրողները փնտրում են այնպիսի եղանակներ, որոնք կօպտիմալացնեն աշխատանքը՝ առանց վստահելիությունից հրաժարվելու:
Երբ նախագծում ենք փաթեթները և դրանց հետ կապված սխեմաները միասին, իրականում սաղմնային որակը բարելավվում է, քանի որ կարող ենք հաշվի առնել այդ անճանապարհ փաթեթի պարազիտները միասին չիպի վրա առկա ավարտական ցանցերի հետ: Որոշ հատուկ ինտեգրված սխեմաների նախագծումներ, որոնք ներառում են իմպեդանսով համընկնող մուտքային/ելքային բաֆֆերներ, ցույց են տվել, որ դրանք կարող են զգալիորեն կրճատել էլեկտրամագնիսական միջամտությունը: 2023 թվականին արդյունաբերության մեկ վերջերս համակարգավոր համեմատություն ցույց տվեց, որ այս հատուկ նախագծումները 41% կրճատեցին ԷՄԻ-ն ստանդարտ պատրաստի այլընտրանքների համեմատ: Շարժիչի կառավարման համար նախատեսված ինտեգրված շրջաններ , ջերմային կառավարումը նույնպես շատ կարևոր է: Լավ ջերմային նախագծումը օգնում է կանխել այդ անճանապարհ տաք կետերի առաջացումը: Եվ մի մոռացեք այդ փոքրիկ դեկուպլինգ կոնդենցիտորներ կամ դրանք պետք է տեղադրվեն ճիշտ նախագծման կանոններին համապատասխան, որպեսզի սնուցումը կայուն մնա, նույնիսկ երբ բեռը հանկարծակի փոխվում է:
Հետազոտողները մշակել են շարունակական գլյուկոզի մոնիտորինգի համակարգ, որը մեկ լիցքով կարող է աշխատել մինչև 18 ամիս՝ շնորհիվ մի քանի խելացի դիզայնային ընտրությունների: Նախ, նրանք ներդրեցին ենթաշեմային գործառույթի տեխնիկան անալոգային առաջնային շղթաներում, ինչը կտրուկ նվազեցրեց էներգասպառումը: Երկրորդ՝ օգտագործվեց ժամանակի ընթացքում փոխադարձ կապված ADC նմուշառում, որը համատեղվում է ռադիոհաճախականության իմպուլսների հետ տվյալների հաղորդման ընթացքում: Եվ երրորդ՝ ներառված էր սոլյար էներգիայի վերականգնման տեխնոլոգիա միկրոչիփի վրա, որը կարող է արտադրել մոտ 15 միկրովատտ, նույնիսկ երբ սովորական ներքաշված լուսավորության պայմաններում է: Արդյունավետ 40 նանոմետրանոց հատուկ ինտեգրված միկրոսխեման նույնպես ցուցադրում է հիանալի արդյունքներ՝ հասնելով գրեթե 99,3 տոկոս չափման ճշգրտության՝ սպառելով ընդամենը 3,2 միկրոամպեր մեկ մեգահերցի վրա: Սա նշանակում է մոտ երկու երրորդով նվազեցում էներգասպառման մեջ նախորդ տարբերակների համեմատ՝ նմանատիպ սարքերի դեպքում:
Երբ խոսքը վերաբերում է կրելի և IoT սարքերին, որտեղ տեղն ավելի շատ է գնահատվում, և ջերմության կառավարումը կարևոր է, առաջադեմ տեղադրման տեխնիկաները դառնում են կարևորագույն։ Շատ ինժեներներ օրենքի օրերին դիմում են 3DIC տեխնոլոգիային և միկրովիաների տեխնոլոգիային, քանի որ դա հնարավորություն է տալիս փոքրացնել ընդհանուր տեղայնքը՝ պահպանելով ազդանշանների մաքրությունն ու ուժգնությունը։ 2023 թվականին կատարված որոշ աշխատանքներ ուսումնասիրել են, թե ինչպես է System-in-Package կոնստրուկցիաներում պղնձի սյուների ռազմավարական տեղադրումը կատարում մեծ տարբերություն։ Արդյունքները՝ տաք կետերը նվազել են մոտ 34%՝ համեմատած ստանդարտ տեղադրումների հետ։ Դա շատ տպավորիչ է, հաշվի առնելով, թե ինչքան խիտ են դառնում տարրերի տեղավորումը՝ տեխնոլոգիաների զարգացման հետ մեկտեղ։
Կարևոր տեխնիկաներն են՝
Արդյունաբերական կանխատեսումները ցույց են տալիս, որ 2025 թվականին նոր բարձր կարողությամբ համակարգիչային միկրոսխեմաների 50% կօգտագործի բազմամոդուլային ճարտարապետություն՝ շարժառիթ դարձած AI արագարարների միջև միջկապի բանդվիթի պահանջները: Այս փոփոխությունը ազդում է սպառողական էլեկտրոնիկայի վրա, որտեղ նախագծման թիմերը ստիպված են հավասարակշռել UCIe-համատեղելի միջկապերը 7 մմ-ից ցածր սարքերի ջերմային սահմանափակումների հետ:
Երրորդ կողմի և սեփական IP-ի ընտրությունը ներառում է շուկայում արագ ներկայացման և կատարողականի տարբերակման միջև փոխզիջումներ: Ավտոմոբիլային վերահսկիչների համար առևտրային PCIe 6.0 կամ DDR5 PHY IP-ն արագացնում է մշակումը, մինչդեռ հատուկ նեյրոնային ցանցերի արագարարները հաճախ առանձնանում են 2–3 անգամ լավ էներգաօգտագործմամբ եզրային AI կիրառություններում:
SoC մշակողների 2024 թվականի հարցման արդյունքները ցույց են տվել հետևյալ միտումները.
| Ինտեգրման մոտեցում | Միջին մշակման ժամանակ | Էներգաօգտագործման օպտիմալացման ճկունություն |
|---|---|---|
| Երրորդ կողմի IP | 7,2 ամիս | 38% |
| Սեփական IP | 11.5 ամիս | 81% |
Վերջերս կատարված ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ ստանդարտացված UCIe ինտերֆեյսները նվազեցնում են ինտեգրման ռիսկերը chiplet-հիմնված դիզայններում՝ պահպանելով արդյունավետությունը: Արդյունաբերական ավտոմատացման SoC-ներում առևտրային շարժիչի ղեկավարման IP-ի համակցումը հատուկ անվտանգության մոդուլների հետ հնարավորություն է տալիս համապատասխանել ASIL-D պահանջներին ենթա-2Վտ հզորության սահմաններում:
Այսօրվա EDA գործիքները սիմուլյացիայի և ստուգման ընթացքում կատարում են մոտ 70% ձանձրալի ու կրկնվող աշխատանքներ, ինչը զգալիորեն արագացնում է հատուկ նշանակման IC-ների մշակումը: Այս հարթակները թույլ են տալիս ինժեներներին ստուգել սնուցման համակարգի կայունությունը ծայրահեղ պայմաններում և ճշգրտել սիգնալային ուղիները՝ ապահովելով դրանց հուսալի աշխատանքը իրական պայմաններում: Ըստ արդյունաբերական անալիտիկների 2024 թվականի EDA գործիքների վերջին զեկույցի՝ այս ինտեգրված համակարգերն օգտագործող ընկերությունները արտադրությունից հետո սխալների մոտ 43%-ով կրճատում են շնորհիվ ներդրված նախագծման կանոնների ստուգման և բարելավված ջերմային մոդելավորման հնարավորությունների: Սա տրամաբանական է, քանի որ խնդիրների հայտնաբերումը վաղ փուլում ժամանակ ու գումար է խնայում ապագայում:
Լրիվ հնարավորություններով EDA համակարգերը կարող են տարեկան կազմակերպություններին արժենալ կես միլիոն դոլարից ավել, չնայած այժմ կան մոդուլային տարբերակներ, որոնք ավելի լավ են մասշտաբվում փոքր ձեռնարկությունների համար, որոնք հենց սկսում են իրենց գործունեությունը: Թոկեն-հիմնված լիցենզավորման դեպքում ինժեներական թիմերը իրականում կարող են օգտագործել այդ հզոր սինթեզի գործիքները՝ այն կարևոր փուլերին, երբ դրանք իսկապես անհրաժեշտ են, ինչպիսիք են միկրոսխեմայի տեղադրումը կամ պարազիտային էֆեկտների կառավարումը: Միջազգային հետազոտությունների համաձայն՝ միջին չափի ընկերությունները վերադարձրել են իրենց ներդրումները գրեթե քառորդով ավելի արագ, երբ համադրել են բաց ծրագրային նախագծերի անվճար ստուգման ծրագրերը հաստատված մատակարարների վճարովի տեղադրման ծրագրերի հետ: Այս հիբրիդային մոտեցումը ներկայումս շատ աճող տեխնոլոգիական ընկերությունների համար արդյունավետ է աշխատում:
ASIC-ի մշակման ընթացքում ռիսկերը նվազացնելու հիմնական ռազմավարություններն են.
Այս մեթոդները օգնում են խուսափել կրկնակի շրջանակներից, որոնք կարող են շուկայում ներկայացման ժամկետը կասեցնել 14-22 շաբաթով՝ յուրաքանչյուր մասկի վերանայումից հետո:
Նոր մշակողները փնտրում են ճանապարհներ այդ բարձր սկզբնական ծախսերից խուսափելու, որոնք վերց երկու միլիոն դոլարից ավել էին, օգտագործելով արտաքին դիզայնի կենտրոններ և նմուշեր ուղարկելու ծառայություններ: Այժմ մասնագիտացված ASIC-ներով ընկերությունները կարգավորում են ամեն ինչ՝ սկսած միկրոսխեմայի ճարտարապետությունը մշակելուց մինչև GDSII վերջնական ֆայլերի հանձնումը: Բազմաթիվ արտադրամասեր նաև բացել են իրենց դռները փոքր խաղացողների համար, նրանց հասանելիություն ընձեռելով առաջատար արտադրական գործընթացներին՝ 12նմ և 16նմ, առանց նախ խոշոր արտադրական շարքերի ներդրման անհրաժեշտության: Փոքր ձեռնարկությունների համար սա նշանակում է, որ նրանք իրականում կարող են ժամանակ ծախսել իրենց շուկայի համար յուրահատուկ բան ստեղծելուն՝ փոխարենը ուղղակի թանկարժեք ենթակառուցվածքներ սկզբից ստեղծելու փորձելու:
Պատվերով ստեղծված ինտեգրալ սխեմաները համակարգչային ժամանակակից համակարգերում բավարարում են տարբեր կարիքներ: Վերցրեք, օրինակ, IoT-ի եզրային սարքերը, որտեղ նեյրոմորֆ դիզայնները արհեստական ինտելեկտի մշակման պահանջները կրճատում են մոտ 80 տոկոսով՝ գրեթե առանց արագությունից հրաժարվելու, ինչը պահում է պատասխանման ժամանակը տասը միլիվայրկյանից ցածր: Մեծ առաջընթաց է գրանցվել նաև ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ: Նրանց սիստեմ-վրա-միկրոսխեմաները հիմա մեկ միկրոսխեմայի վրա տեղավորում են տասնհինգից ավելի առաջադեմ վարորդի օգնության համակարգեր, ինչը նշանակում է, որ ավտոմեքենաները ինքնագնաց տեխնոլոգիաների փորձարկման ընթացքում մոտ 40 տոկոսով ավելի արագ են հայտնաբերում առարկաներ: Եվ մի մոռացեք նաև արդյունաբերական պայմանների մասին: Երբ արտադրողները փոքր ՄԻԿՄ (MEMS) սենսորները անմիջապես տեղադրում են իրենց պատվերով ստեղծված միկրոսխեմաների մեջ, նրանք իրականում բարձրացնում են կանխատեսվող սպասարկման ճշգրտությունը, հատկապես այն դեպքերում, երբ սարքավորումները հաստատական թրթռում են: Իրական պայմաններում կատարված փորձարկումները ցույց են տվել, որ այս դժվարին պայմաններում ճշգրտությունը մոտ մեկ երրորդով բարձր է:
Արտադրողները շուկայի հագեցվածությանը դիմադրելու համար օգտագործում են ուղղահայաց օպտիմալացված SoC-ներ՝ սեփական արագացուցիչներով կապված կոդավորման, շարժիչի կառավարման և անալցքային պրոտոկոլների հետ: Գնահատականները ցույց են տալիս, որ հատուկ մատրիցային բազմապատկման միավորները AIoT վերջային կետերում նեյրոնային ցանցերի թրուփութը գերազանցում են ընդհանուր նպատակներով GPU-ներին 5-ով:
Դիմացկուն FP16 միջուկները և ճկուն լարման կարգավորումը թույլ են տալիս բժշկական պատկերացման համակարգերին 30%-ով ավելի արագ հայտնաբերել ուռուցքներ՝ ախտորոշման ճշգրտությունը չնվազեցնելով: Իրական ժամանակում աշխատող արդյունաբերական կառավարիչները, որոնք օգտագործում են հատուկ IC-ներ, անվտանգության կրիտիկական կանգնեցման գործողությունների համար հասնում են 2¼ վայրկյանից պակաս պատասխանման ժամանակի, որը բարձրացնում է համակարգի հուսալիությունը կարևորագույն կիրառություններում: