EN
Hurtiglenker
Å få tilpassede IC-kretser til å fungere riktig, begynner med å virkelig forstå hva som skal bygges. Ingeniørteamet arbeider tett sammen med produktutviklere for å avklare forhold som mål for strømforbruk, som typisk må ligge under 1 watt for de fleste IoT-applikasjoner. De fastsetter også grenser for varmeavgivelse og ytelseskrav spesifikke for hver enkelt applikasjon. For eksempel krever autoutstyr ofte signalbehandlingstider under 10 nanosekunder. Et nylig blikk på ASIC-utviklingstrender fra 2023 viser noe interessant: når ingeniører har klare, detaljerte spesifikasjoner fra starten av, lykkes omtrent fire av fem prosjekter i den innledende testfasen. Men utelater man dette steget? Da synker sannsynligheten dramatisk til omtrent en tredjedel suksessrate allerede i første forsøk.
Ingeniørteam bruker ofte modulbaserte designmetoder når de setter sammen prosessorer som RISC-V eller ARM, sammen med minnesystemer og inngangs-/utgangsforbindelser som svarer til det endelige produktets behov. For kretser brukt i industriell automatisering er det flere viktige hensyn. Sikkerhet er av største betydning, så konstruktører inkluderer reservekretser som oppfyller ISO 13849-standarden. Echtids signalbehandlingsfunksjoner er en annen nødvendig egenskap. Og disse komponentene må fungere pålitelig selv under ekstreme forhold, og fungere korrekt fra så kaldt som minus 40 grader celsius opp til pluss 125 grader celsius uten å svikte.
Når arkitekturen er validert, går ingeniørene videre til HDL-koding, kjører simuleringer og optimaliserer den fysiske layouten ved hjelp av ulike verktøy, inkludert Cadence Innovus. Å gjennomføre elektromagnetisk interferens (EMI)-tester og termisk analyse tidlig i prosessen gjennom flere prototyp-iterasjoner kan redusere kostnadskrevende omgjøringer senere. De fleste fabrikker bruker omtrent 12 til 18 uker på å levere den første silisiumchippet, noe som gjør grundig verifikasjon før tapeout så avgjørende for prosjektets tidsplan og budsjettstyring.
Ifølge den nyeste Embedded Systems-rapporten fra 2024 kan teknikker som adaptiv spenningsstyring kombinert med klokkegating redusere strømforbruket i hviletilstand for IoT-sensornoder med rundt 70 prosent. Smarte designere implementerer nå flere strømdomener for å skille de høyfrekvente datamaskinkomponentene fra delene som må forbli aktive hele tiden. Denne tilnærmingen bidrar mye til å forlenge batterilevetiden i enheter som medisinsk bærbart utstyr og miljøovervåkningsutstyr, der langvarig drift er avgjørende. Når det gjelder Bluetooth Low Energy-utsendere spesielt, fører dynamisk justering av terskelverdier i PMIC-design til at de varer omtrent 22 % lenger i drift, samtidig som god rekkevidde opprettholdes. Industrien har gradvis tatt i bruk disse metodene ettersom produsenter søker måter å optimere ytelsen uten å ofre pålitelighet.
Når vi designer pakker og deres tilhørende kretser sammen, blir signalkvaliteten faktisk bedre fordi vi kan ta hensyn til de irriterende parasittene i pakningen sammen med avsluttningsnettverkene på chipen. Noen egendefinerte integrerte kretser som inneholder impedansmatchede inngangs-/utgangsbuffere har vist seg å redusere elektromagnetisk interferens betydelig. Et nylig bransjekjennetall fra 2023 viste at disse spesialiserte designene reduserte EMI med omtrent 41 % sammenlignet med standard komponentspesifikke alternativer. For motorstyring applikasjonsspesifikke integrerte kretsar , blir også termisk styring viktig. God termisk planlegging hjelper til med å forhindre at irriterende varmepunkter dannes. Og la oss ikke glemme de små avkoblings kondensatorar enten må de plasseres helt riktig i henhold til designregler slik at strømforsyningen forblir stabil selv når belastningene endrer seg plutselig.
Forskere har utviklet et kontinuerlig glukosemålingssystem som kan vare opptil 18 måneder på en enkelt lading takket være flere smarte designvalg. For det første implementerte de subthreshold-driftsteknikker i de analoge front-end-kretsene, noe som kraftig reduserte strømforbruket. For det andre brukte de tidsinterleavet ADC-sampling som fungerer synkront med radiofrekvenspulser under datatransmisjon. Og for det tredje integrerte de solcelleteknologi på chipen som kan generere rundt 15 mikrovatt, selv når den utsettes for vanlig innendørs belysning. Den resulterende 40 nanometer tilpassede integrerte kretsen leverer også imponerende resultater – oppnår nesten 99,3 prosent målenøyaktighet samtidig som den trekker kun 3,2 mikroampere per megahertz. Dette representerer omtrent en reduksjon på to tredjedeler i strømforbruk sammenlignet med tidligere versjoner av lignende enheter.
Når det gjeld wearables og IoT-enheter der plass er viktig og varmevarme er viktig, er det avgörande for utviklande tekniske løysingar. Mange ingeniørar brukar 3D-funksjonar saman med mikrobildteknologi no fordi dei kan redusere mengda med mengd på mengden med å halda signalane tonedøve. Nokre nyleg arbeid frå 2023 såg på korleis det å plassere koparpilar strategisk i System-in-Package-design gjorde stor forskjell. Kva var resultatet? Haldpunktane gjekk ned med 34% samanlikna med kva vi ser i vanleg mønster. Veldig imponerande, viss du ser på kor mange tettere element ein har når ein spelar med teknologi.
Kritiske teknikkar inkluderer:
Industriprognoser tyder på at 50 % av nye design for høytytende datamaskinkretser vil overta fler-die arkitekturer innen 2025, drevet av etterspørsel etter båndbredde i AI-akseleratorer. Denne endringen påvirker konsumentelektronikk, der designteam må balansere UCIe-kompatible koblinger mot termiske begrensninger i enheter med under 7 mm profil.
Valget mellom tredjeparts- og egenutviklet IP innebærer kompromisser mellom tid til marked og ytelsesforskjeller. Kommersiell PCIe 6.0 eller DDR5 PHY IP akselererer utvikling for automotivkontrollenheter, mens egne nevrale nettverksakseleratorer ofte gir 2–3 bedre strømeffektivitet i edge-AI-applikasjoner.
En undersøkelse fra 2024 blant SoC-utviklere avdekket følgende trender:
| Integreringsmetode | Gjennomsnittlig utviklingstid | Fleksibilitet i strømoptimalisering |
|---|---|---|
| Tredjeparts IP | 7,2 måneder | 38% |
| Egendesignet IP | 11,5 måneder | 81% |
Nye studier viser at standardiserte UCIe-grensesnitt reduserer integreringsrisikoer i chiplet-baserte design, samtidig som ytelsen opprettholdes. I SoC-er for industriell automatisering gjør kombinasjonen av kommersiell motorstyrings-IP med proprietære sikkerhetsmoduler det mulig å oppnå ASIL-D-samsvar innenfor strømforbruk under 2 W.
Dagens EDA-verktøy håndterer omtrent 70 % av de kjedelige, repetitive oppgavene under simulering og verifikasjonsarbeid, noe som virkelig akselererer utviklingen av egendefinerte IC-er. Plattformene lar ingeniører teste hvor godt strøm ytelse holder seg når den drives til ytterligheter, og finjustere signalbaner slik at de fungerer pålitelig i reelle situasjoner. Ifølge den nyeste EDA-verktøyrapporten fra 2024 fra bransjeanalytikere, ser selskaper som bruker disse integrerte systemene en nedgang på omtrent 43 % i feil etter produksjon, takket være innebygd designregelkontroll og bedre termisk modellering. Dette er forståelig, ettersom å oppdage problemer tidlig sparer alle tid og penger senere i prosessen.
Fullverdige EDA-systemer kan koste opp til et halvt million dollar per år, selv om det nå finnes modulære alternativer som skalerer bedre for mindre virksomheter som er i oppstart. Med tokenbasert lisensiering kan tekniske team faktisk bruke de avanserte synteseverktøyene når de virkelig trenger dem under viktige faser, som oppsett av chip-layout eller håndtering av parasittiske effekter. Ifølge noen forskningsresultater publisert i fjor, oppnådde selskaper med moderat størrelse tilbakebetaling på investeringen nesten en kvartal raskere når de kombinerte gratis verifikasjonsprogramvare fra open source-prosjekter med betalte layout-programmer fra etablerte leverandører. Denne hybridtilnærmingen ser ut til å fungere godt for mange voksende teknologiselskaper for tiden.
Nøkkelstrategier for å minimere risiko i ASIC-utvikling inkluderer:
Disse metodene bidrar til å unngå nyproduksjon, som kan føre til markedsføringsforsinkelser på 14–22 uker per maskeendring.
Nye utviklere finner måter å komme seg rundt de høye oppstartskostnadene som tidligere var over to millioner dollar, ved å bruke eksterne designsentre og frakttjenester for prototyper. Selskaper som spesialiserer seg på ASIC håndterer nå alt fra utforming av chip-arkitektur til levering av ferdige GDSII-filer. Og mange fabrikker har også åpnet dørene for mindre aktører, og gir dem tilgang til avanserte produksjonsprosesser på 12 nm og 16 nm uten at de først trenger å forplikte seg til store produksjonsløp. Det betyr at små bedrifter kan bruke tiden på å lage noe unikt for sin markedsplass, i stedet for å bli sittende fast i å bygge dyr infrastruktur fra bunnen av.
Særbaserte integrerte kretser takler alle slags ulike behov i moderne smarte systemer. Ta for eksempel IoT-kantenheter, der nevromorfe design kan redusere AI-behandlingsbehovet med omtrent 80 prosent uten å ofre mye hastighet, og samtidig holde responstidene under ti millisekunder. Bilindustrien har også gjort store fremskritt. Deres system-å-på-krets (SoC) inneholder nå mer enn femten avanserte førerassistansesystemer på én enkelt krets, noe som betyr at biler oppdager objekter omtrent førti prosent raskere under testfaser for selvkjørende teknologi. Og ikke glem industrielle miljø heller. Når produsenter integrerer disse små MEMS-sensorene direkte inn i sine egne kretser, øker de faktisk nøyaktigheten ved prediktiv vedlikehold, spesielt når utstyr vibrerer kontinuerlig. Reelle tester viser omtrent en tredjedels bedre nøyaktighet i disse krevende forhold.
Produsenter takler markedsmetning ved å bruke vertikalt optimaliserte SoC-er med proprietære akseleratorer for kryptering, motorstyring og trådløse protokoller. Ytelsesmålinger viser at egendefinerte matrisemultiplikasjonsenheter overgår generelle GPU-er med 5 i nevrale nettverkets dataoverføring ved AIoT-klienter.
Hårdede FP16-kjerner og adaptiv spenningsskalering gjør at medisinske avbildningssystemer kan oppdage svulster 30 % raskere uten å kompromittere diagnostisk presisjon. Sanntidstyrte industrielle kontrollsystemer som bruker egendefinerte integrerte kretser oppnår responstider under 2¼ s for sikkerhetskritiske nedstengningsoperasjoner, noe som øker systemets pålitelighet i kritiske applikasjoner.