EN
Snelle koppelingen
Het goed ontwikkelen van op maat gemaakte IC-chips begint met een grondig begrip van wat er moet worden gebouwd. Het engineeringteam werkt nauw samen met productontwikkelaars om aspecten te bepalen zoals streefwaarden voor stroomverbruik, die meestal onder de 1 watt moeten blijven voor de meeste IoT-toepassingen. Ze stellen ook grenzen vast voor warmteafvoer en prestatie-eisen die specifiek zijn voor elke toepassing. Automobiele systemen vereisen bijvoorbeeld vaak signaalverwerkingstijden onder de 10 nanoseconde. Een recente blik op ASIC-ontwikkelingstrends uit 2023 laat iets interessants zien: wanneer ingenieurs duidelijke, gedetailleerde specificaties hebben in een vroeg stadium, slagen ongeveer vier op de vijf projecten succesvol in hun initiële testfase. Slaat men deze stap echter over, dan daalt het succespercentage drastisch tot ongeveer een derde bij de eerste poging.
Technische teams passen vaak modulaire ontwerpaanpakken toe bij het samenstellen van verwerkingskernen zoals RISC-V of ARM, samen met geheugensystemen en invoer/uitvoerverbindingen die aansluiten bij de eisen van het eindproduct. Voor chips die worden gebruikt in industriële automatisering zijn er verschillende belangrijke overwegingen. Veiligheid is van primair belang, daarom integreren ontwerpers reservekringen die voldoen aan ISO 13849-normen. Realtime signaalverwerking is een andere must-have functie. En deze componenten moeten betrouwbaar blijven werken zelfs onder extreme omstandigheden, goed functionerend vanaf min 40 graden Celsius tot plus 125 graden Celsius zonder te falen.
Zodra de architectuur is gevalideerd, gaan ingenieurs verder met HDL-codering, uitvoeren van simulaties en optimalisatie van de fysieke lay-out met behulp van diverse tools, waaronder Cadence Innovus. Elektromagnetische interferentie (EMI) tests en thermische analyses vroegtijdig in het proces uitvoeren via meerdere prototype-iteraties kan duurzame herontwerpen later voorkomen. De meeste fabrieken hebben ongeveer 12 tot 18 weken nodig om die eerste siliciumchip te leveren, wat grondige verificatie voorafgaand aan tapeout zo cruciaal maakt voor projecttijdschema's en budgetbeheersing.
Volgens het nieuwste Embedded Systems Report uit 2024 kunnen technieken zoals adaptieve voltagescalering in combinatie met klokgating de stroomverbruik in rusttoestand in IoT-sensorknooppunten verminderen met ongeveer 70 procent. Slimme ontwerpers implementeren nu meerdere voedingsdomeinen om de componenten voor high-frequency computing te scheiden van de onderdelen die continu actief moeten blijven. Deze aanpak helpt aanzienlijk bij het verlengen van de batterijlevensduur in apparaten zoals medische draagbare technologie en milieumonitoringapparatuur, waar langdurige werking cruciaal is. Wat betreft Bluetooth Low Energy-zenders in het bijzonder, zorgt het dynamisch aanpassen van drempels binnen PMIC-ontwerpen ervoor dat ze ongeveer 22 procent langer meegaan tijdens gebruik, terwijl nog steeds een goede signaalbereikafstand wordt behouden. De industrie keurt deze methoden geleidelijk goed, aangezien fabrikanten op zoek zijn naar manieren om prestaties te optimaliseren zonder de betrouwbaarheid op te offeren.
Bij het gezamenlijk ontwerpen van pakketten en de bijbehorende circuits wordt de signaalkwaliteit eigenlijk beter, omdat we rekening kunnen houden met die vervelende parasitaire elementen van het pakket in combinatie met de afsluitnetwerken op de chip. Sommige op maat gemaakte geïntegreerde schakelingen die impedantie-aangepaste ingangs-/uitgangsbuffers bevatten, hebben aangetoond dat elektromagnetische interferentie aanzienlijk kan worden verminderd. Uit een recente industriële benchmark uit 2023 bleek dat deze gespecialiseerde ontwerpen de EMI ongeveer 41% verminderden in vergelijking met standaard kant-en-klaar alternatieven. Voor toepassingen op het gebied van motorregeling geïntegreerde schakelingen , wordt ook thermisch beheer erg belangrijk. Goede thermische planning helpt om vervelende warmtepunten te voorkomen. En laten we die kleine ontkoppelings condensatoren condensatoren niet vergeten; ze moeten precies op de juiste plaats worden geplaatst volgens de ontwerpvoorschriften, zodat de voedingsspanning stabiel blijft, zelfs wanneer de belasting plotseling verandert.
Onderzoekers ontwikkelden een continu glucosemonitoringsysteem dat tot 18 maanden op één lading kan draaien dankzij verschillende slimme ontwerpkeuzes. Ten eerste pasten ze subdrempelbedrijfstechnieken toe in de analoge front-endschakelingen, wat het stroomverbruik aanzienlijk verlaagt. Ten tweede gebruikten ze tussentijds ADC-sampling dat synchroon werkt met radiogolfimpulsen tijdens gegevensoverdracht. En ten derde integreerden ze op-chip zonne-energie-ophaalmogelijkheden die ongeveer 15 microwatt kunnen genereren, zelfs bij blootstelling aan normaal binnenlicht. De resulterende 40 nanometer speciaal ontworpen geïntegreerde schakeling levert indrukwekkende resultaten op – met een meetnauwkeurigheid van bijna 99,3 procent terwijl het slechts 3,2 microampère per megahertz verbruikt. Dit betekent een vermindering van het stroomverbruik met ongeveer twee derde vergeleken met eerdere versies van vergelijkbare apparaten.
Als het gaat om draagbare apparaten en IoT-apparaten waarbij ruimte schaars is en warmtewegvoer belangrijk is, worden geavanceerde lay-outtechnieken absoluut cruciaal. Veel ingenieurs gebruiken tegenwoordig technieken zoals 3DIC-stacking in combinatie met microvia-technologie, omdat hiermee de totale footprint kan worden verkleind terwijl de signalen toch schoon en sterk blijven. Uit recent onderzoek uit 2023 bleek dat het strategisch plaatsen van koperen pilaartjes binnen System-in-Package-ontwerpen een groot verschil maakt. Het resultaat? Hotspots daalden met ongeveer 34% vergeleken met standaard lay-outs. Best indrukwekkend als je bedenkt hoe steeds dichter componenten op elkaar worden gepakt naarmate de technologie vordert.
Belangrijke technieken zijn:
Industrieprognoses suggereren dat 50% van de nieuwe ontwerpen voor high-performance computing-chips multi-die-architecturen zal overnemen tegen 2025, gedreven door de bandbreedte-eisen van AI-acceleratoren. Deze verschuiving heeft gevolgen voor consumentenelektronica, waar ontwerpteams UCIe-compatibele interconnecties moeten afwegen tegen thermische beperkingen in apparaten met een dikte van minder dan 7 mm.
De keuze tussen IP van derden en proprietair IP houdt afwegingen in tussen time-to-market en prestatiedifferentiatie. Commerciële PCIe 6.0 of DDR5 PHY-IP versnelt de ontwikkeling voor autocontrollers, terwijl op maat gemaakte neurale netwerkacceleratoren vaak een betere stroomefficiëntie bieden met een factor 2–3 in edge-AI-toepassingen.
Een enquête uit 2024 onder SoC-ontwikkelaars onthulde de volgende trends:
| Integratiebenadering | Gemiddelde ontwikkeltijd | Flexibiliteit in stroomoptimalisatie |
|---|---|---|
| IP van derden | 7,2 maanden | 38% |
| Aangepaste IP | 11,5 maanden | 81% |
Recente studies tonen aan dat genormaliseerde UCIe-interface risico's op integratie in chiplet-gebaseerde ontwerpen verminderen, terwijl de prestaties behouden blijven. In SoC's voor industriële automatisering stelt het combineren van commerciële motorregel IP met proprietarische beveiligingsmodules ASIL-D-compliantie mogelijk binnen een stroomverbruik van minder dan 2 W.
De hedendaagse EDA-tools verwerken ongeveer 70% van die saaie, repetitieve taken tijdens simulatie- en verificatiewerkzaamheden, wat de ontwikkeling van op maat gemaakte IC's aanzienlijk versnelt. De platforms stellen ingenieurs in staat om te testen hoe goed het vermogen zich handhaaft onder extreme belasting en signaalpaden nauwkeurig af te stellen, zodat ze betrouwbaar functioneren in praktijksituaties. Volgens het meest recente EDA Tools Report van 2024 van branche-analisten zien bedrijven die deze geïntegreerde systemen gebruiken, ongeveer 43% minder fouten na fabricage, dankzij ingebouwde designregelcontrole en verbeterde thermische modellering. Dat is logisch, omdat het vroegtijdig opsporen van problemen iedereen later tijd en geld bespaart.
Volledig uitgeruste EDA-systemen kunnen bedrijven jaarlijks tienduizenden dollars kosten, hoewel er nu modulaire opties zijn die beter schalen voor kleinere bedrijven die aan het opstarten zijn. Met tokengebaseerde licentieverlening kunnen engineeringteams die geavanceerde synthese-tools daadwerkelijk gebruiken wanneer ze die echt nodig hebben tijdens belangrijke fasen, zoals het opzetten van de chiplayout of het omgaan met paracitische effecten. Volgens een onderzoek dat vorig jaar werd gepubliceerd, zagen gemiddelde bedrijven hun rendement op investering bijna een kwart eerder terugkomen wanneer ze gratis verificatiesoftware van open-sourceprojecten combineren met betaalde layoutprogramma's van gevestigde leveranciers. Deze hybride aanpak werkt momenteel goed voor veel groeiende technologiebedrijven.
Belangrijke strategieën voor het minimaliseren van risico's bij ASIC-ontwikkeling zijn:
Deze methoden helpen herhalingen te voorkomen, die de time-to-market met 14 tot 22 weken per maskerherziening kunnen vertragen.
Nieuwe ontwikkelaars vinden manieren om de hoge opstartkosten, die vroeger ruim twee miljoen dollar bedroegen, te omzeilen door gebruik te maken van externe ontwerpcentra en verzendservices voor prototypen. Bedrijven die gespecialiseerd zijn in ASIC's, regelen nu alles, van het bepalen van de chiparchitectuur tot het overhandigen van de definitieve GDSII-bestanden. En veel fonderijen hebben hun deuren ook geopend voor kleinere spelers, waardoor zij toegang krijgen tot geavanceerde productieprocessen bij 12nm en 16nm zonder eerst grote productieruns te hoeven plaatsen. Voor kleine bedrijven betekent dit dat ze daadwerkelijk tijd kunnen besteden aan het creëren van iets unieks voor hun markt, in plaats van vast te lopen in het opbouwen van dure infrastructuur vanaf nul.
Aangepaste geïntegreerde schakelingen voldoen aan uiteenlopende behoeften in moderne slimme systemen. Neem bijvoorbeeld IoT-edgeapparaten, waar neuromorfe ontwerpen de AI-verwerkingsbehoeften met ongeveer 80 procent kunnen verlagen zonder veel in te boeten aan snelheid, waarbij reactietijden onder de tien milliseconden blijven. De automobielindustrie heeft ook grote vooruitgang geboekt. Hun systemen op een chip bevatten nu meer dan vijftien geavanceerde functies voor rijhulpsystemen op één enkele chip, waardoor auto's tijdens testfases voor autonoom rijden objecten ongeveer veertig procent sneller kunnen detecteren. En vergeet industriële omgevingen ook niet. Wanneer fabrikanten deze kleine MEMS-sensoren direct integreren in hun aangepaste chips, verbeteren ze daadwerkelijk de nauwkeurigheid van voorspellend onderhoud, met name wanneer apparatuur continu trilt. Tests in de praktijk tonen een derde betere nauwkeurigheid in deze zware omstandigheden.
Fabrikanten bestrijden marktsaturatie door verticaal geoptimaliseerde SoC's in te zetten met eigen versnellingscircuits voor encryptie, motorregeling en draadloze protocollen. Benchmarks tonen aan dat speciale matrixvermenigvuldigingseenheden de prestaties van algemene GPUs overtreffen met een factor 5 qua doorvoer van neurale netwerken op AIoT-eindpunten.
Geharde FP16-kernen en adaptieve voltageschaalmethoden stellen medische beeldvormingssystemen in staat om tumoren 30% sneller te detecteren zonder afbreuk aan diagnostische precisie. Real-time industriële regelaars die gebruikmaken van speciale IC's bereiken reactietijden onder de 2¼ s voor veiligheidskritieke uitschakeloperaties, waardoor de betrouwbaarheid van systemen in kritieke toepassingen wordt verbeterd.