EN
Linkuri rapide
Obținerea corectă a cipurilor IC personalizate începe cu înțelegerea clară a ceea ce trebuie construit. Echipa de inginerie lucrează îndeaproape cu dezvoltatorii de produse pentru a stabili aspecte precum obiectivele de consum energetic, care de obicei trebuie să rămână sub 1 watt pentru majoritatea aplicațiilor IoT. De asemenea, se definesc limite privind disiparea căldurii și cerințele de performanță specifice fiecărei aplicații. De exemplu, sistemele auto necesită adesea timpi de procesare a semnalului sub 10 nanosecunde. O analiză recentă a tendințelor din dezvoltarea ASIC din 2023 arată un lucru interesant: atunci când inginerii dispun de specificații clare și detaliate de la început, aproximativ patru din cinci proiecte trec cu succes faza inițială de testare. Dar dacă se sare peste această etapă? Atunci șansele scad dramatic, ajungând la doar circa o treime rată de succes din prima încercare.
Echipele de inginerie aplică adesea abordări de proiectare modulară atunci când asamblează nuclee de procesare precum RISC-V sau ARM, împreună cu sisteme de memorie și conexiuni de intrare/ieșire care corespund cerințelor produsului final. Pentru cipurile utilizate în automatizarea industrială, există mai multe aspecte importante de luat în considerare. Siguranța este esențială, astfel că proiectanții includ circuite de rezervă care respectă standardele ISO 13849. Capacitățile de procesare în timp real a semnalelor sunt o altă caracteristică obligatorie. În plus, aceste componente trebuie să funcționeze în mod fiabil chiar și în condiții extreme, operând corect de la temperaturi de minus 40 de grade Celsius până la plus 125 de grade Celsius fără a eșua.
Odată ce arhitectura a fost validată, inginerii trec la codificarea HDL, rulează simulări și optimizează amplasarea fizică folosind diverse instrumente, inclusiv Cadence Innovus. Efectuarea timpurie a verificărilor privind interferențele electromagnetice (EMI) și analiza termică prin mai multe iterații de prototipuri poate reduce semnificativ rescrierile costisitoare ulterioare. Majoritatea fabricilor de cipuri necesită între 12 și 18 săptămâni pentru a livra primul cip siliciu, motiv pentru care verificarea riguroasă înainte de tapeout rămâne esențială pentru respectarea termenelor proiectului și controlul bugetului.
Conform ultimului Raport privind Sistemele Încorporate din 2024, tehnici precum scalarea adaptivă a tensiunii combinate cu blocarea ceasului pot reduce consumul de curent în regim de repaus în nodurile senzorilor IoT cu aproximativ 70 la sută. Proiectanții experimentați implementează acum mai multe domenii de alimentare pentru a separa componentele de calcul cu frecvență înaltă de părțile care trebuie să rămână active tot timpul. Această abordare ajută semnificativ la prelungirea duratei de viață a bateriei în dispozitive precum echipamentele medicale purtabile și sistemele de monitorizare a mediului, unde funcționarea pe termen lung este esențială. În ceea ce privește transmițătoarele Bluetooth Low Energy, ajustarea dinamică a pragurilor în cadrul proiectării PMIC le permite să funcționeze cu aproximativ 22% mai mult timp, menținând în același timp distanțe decente de recepție a semnalului. Industria a adoptat treptat aceste metode, producătorii căutând modalități de a optimiza performanța fără a compromite fiabilitatea.
Atunci când proiectăm împreună pachetele și circuitele asociate, calitatea semnalului devine de fapt mai bună, deoarece putem lua în considerare acei paraziti neplăcuți ai pachetului împreună cu rețelele de terminare de pe cip. S-a demonstrat că unele proiecte personalizate de circuit integrat care includ buffere de intrare/ieșire adaptate prin impedanță reduc interferența electromagnetică destul de semnificativ. Unul dintre cele mai recente referințiale industriale din 2023 a arătat că aceste proiecte specializate au redus EMI cu aproximativ 41% în comparație cu alternativele standard disponibile comercial. Pentru aplicații specifice de control al motorului circuite integrate , gestionarea termică devine de asemenea foarte importantă. O planificare termică corectă ajută la prevenirea formării acelor puncte fierbinți deranjante. Și să nu uităm de acei mici condensatori de decuplare capacitori fie că trebuie plasați exact conform regulilor de proiectare pentru ca alimentarea să rămână stabilă chiar și atunci când sarcinile se schimbă brusc.
Cercetătorii au dezvoltat un sistem de monitorizare continuă a glucozei care poate funcționa până la 18 luni cu o singură încărcare, datorită mai multor alegeri inteligente de proiectare. În primul rând, au implementat tehnici de operare în regim subprag la circuitele analogice din fața sistemului, reducând astfel drastic consumul de energie. În al doilea rând, au folosit eșantionarea ADC cu intercalare temporală, care funcționează sincronizat cu impulsurile de frecvență radio în timpul transmisiei datelor. Și în al treilea rând, au integrat o tehnologie de captare a energiei solare pe cip, capabilă să genereze aproximativ 15 microwați chiar și în condiții obișnuite de iluminat interior. Circuitul integrat personalizat realizat în tehnologie 40 nanometri oferă rezultate impresionante – atingând o acuratețe de măsurare de aproape 99,3 la sută, consumând doar 3,2 microamperi pe megahertz. Acest lucru reprezintă o reducere de aproximativ două treimi a consumului de energie în comparație cu versiunile anterioare ale dispozitivelor similare.
Atunci când vine vorba de dispozitive purtabile și IoT, unde spațiul este limitat și gestionarea căldurii este esențială, tehnici avansate de amplasare devin absolut critice. Mulți ingineri apelează astăzi la soluții precum stivuirea 3DIC împreună cu tehnologia microvia, deoarece acestea pot reduce amprenta generală, menținând în același timp semnalele curate și puternice. Unele studii recente din 2023 au analizat modul în care plasarea strategică a pilonilor de cupru în cadrul designurilor System-in-Package a făcut o diferență semnificativă. Rezultatele? Zonele fierbinți s-au redus cu aproximativ 34% în comparație cu cele din configurațiile standard. Destul de impresionant, având în vedere cât de strâns se montează componentele pe măsură ce tehnologia progresează.
Tehnicile critice includ:
Proiecțiile din industrie sugerează că 50% dintre noile proiecte de cipuri pentru calculatoare de înaltă performanță vor adopta arhitecturi multi-die până în 2025, datorită cerințelor de bandă ale acceleratorilor de inteligență artificială. Această schimbare afectează electronica de consum, unde echipele de proiectare trebuie să echilibreze interconexiunile conforme cu UCIe față de limitările termice în dispozitivele cu grosime sub 7 mm.
Alegerea între IP-uri terțe și proprietare implică compromisuri între viteza de lansare pe piață și diferențierea în ceea ce privește performanța. IP-urile comerciale PCIe 6.0 sau DDR5 PHY accelerează dezvoltarea controlerelor auto, în timp ce acceleratoarele personalizate pentru rețele neuronale oferă adesea o eficiență energetică de 2–3 ori mai bună în aplicațiile AI de tip edge.
Un sondaj din 2024 realizat printre dezvoltatori de SoC a relevat următoarele tendințe:
| Abordarea integrării | Timp mediu de dezvoltare | Flexibilitate în optimizarea consumului de energie |
|---|---|---|
| IP terț | 7,2 luni | 38% |
| IP personalizat | 11,5 luni | 81% |
Studiile recente arată că interfețele standardizate UCIe reduc riscurile de integrare în proiectele bazate pe chiplet, menținând în același timp performanța. În SoC-urile pentru automatizare industrială, combinarea IP-ului comercial de control al motoarelor cu module de securitate proprietare permite conformitatea ASIL-D în cadrul unor limite de putere sub 2 W.
Uneltele EDA de astăzi gestionează aproximativ 70% dintre acele sarcini plictisitoare și repetitive în timpul simulării și verificării, ceea ce accelerează semnificativ dezvoltarea circuitelor integrate personalizate. Platformele permit inginerilor să testeze performanța alimentării atunci când sunt solicitate la extreme și să ajusteze traseele semnalelor pentru ca acestea să funcționeze fiabil în condiții reale. Conform ultimului Raport privind Uneltele EDA din 2024 realizat de analiști din industrie, companiile care utilizează aceste sisteme integrate înregistrează o scădere de aproximativ 43% a erorilor după fabricație, datorită verificării integrate a regulilor de proiectare și capacităților îmbunătățite de modelare termică. Acest lucru este logic, deoarece detectarea problemelor în stadii incipiente economisește timp și bani pe termen lung.
Sistemele EDA complete pot costa companiilor până la jumătate de milion de dolari anual, deși acum există opțiuni modulare care se adaptează mai bine pentru afaceri mai mici care își încep activitatea. Prin licențiere bazată pe token-uri, echipele de inginerie pot folosi efectiv aceste instrumente avansate de sinteză atunci când au nevoie cu adevărat de ele în etape importante, cum ar fi configurarea amplasării cipului sau gestionarea efectelor parazite. Conform unor cercetări publicate anul trecut, companiile de dimensiuni medii și-au recuperat investiția aproape cu un sfert mai rapid atunci când au combinat software-ul gratuit de verificare provenit din proiecte open source cu programe plătite de amplasare de la furnizori stabiliți. Această abordare hibridă pare să funcționeze bine în prezent pentru multe companii tehnologice aflate în creștere.
Principalele strategii pentru minimizarea riscului în dezvoltarea ASIC includ:
Aceste metode ajută la evitarea reluărilor, care pot întârzia lansarea pe piață cu 14–22 de săptămâni pentru fiecare revizie de mască.
Noii dezvoltatori găsesc modalități de a ocoli aceste costuri ridicate de pornire, care în trecut depășeau două milioane de dolari, folosind centre externe de proiectare și servicii de expediere pentru prototipuri. Companiile specializate în ASIC-uri gestionează acum totul, de la stabilirea arhitecturii cipului până la predarea fișierelor finale GDSII. Și multe uzine au deschis porțile către jucători mai mici, oferindu-le acces la procese avansate de fabricație de 12nm și 16nm, fără a necesita angajamentul prealabil în producții masive. Ce înseamnă acest lucru pentru IMM-uri este că pot cheltui timp creând ceva unic pentru piața lor, în loc să se piardă încercând să construiască din zero o infrastructură costisitoare.
Circuitele integrate personalizate abordează o varietate de nevoi diferite în sistemele inteligente moderne. Luați, de exemplu, dispozitivele IoT de la marginea rețelei, unde designurile neuromorfice pot reduce cerințele de procesare AI cu aproximativ 80 la sută, fără a sacrifica prea mult viteza, menținând timpii de răspuns sub zece milisecunde. Industria auto a făcut progrese semnificative, de asemenea. Soluțiile lor system-on-chip includ acum mai mult de cincisprezece funcții avansate de asistență pentru conducător, pe un singur cip, ceea ce înseamnă că mașinile detectează obiecte cu aproximativ 40 la sută mai rapid în fazele de testare ale tehnologiei de condus autonom. Și niciunul nu trebuie să uite de mediile industriale. Când producătorii încorporează acei senzori miniaturali MEMS chiar în interiorul cipurilor lor personalizate, cresc efectiv acuratețea întreținerii predictive, mai ales atunci când echipamentele vibrează constant. Testele din lumea reală arată o rată de acuratețe cu aproximativ o treime mai bună în aceste condiții dificile.
Producătorii combat saturarea pieței prin implementarea unor SoC-uri optimizate vertical cu accesorii proprietare pentru criptare, controlul motorului și protocoalele fără fir. Testele de referință arată că unitățile personalizate de înmulțire matriceală depășesc GPU-urile generale cu 5 în ceea ce privește debitul rețelelor neuronale la punctele finale AIoT.
Nucleele FP16 consolidate și scalarea adaptivă a tensiunii permit sistemelor de imagistică medicală să detecteze tumori cu 30% mai rapid, fără a compromite precizia diagnosticului. Controlerele industriale în timp real care utilizează circuite integrate personalizate obțin timpi de răspuns sub 2¼s pentru operațiunile critice de oprire de siguranță, sporind fiabilitatea sistemului în aplicații critice.