EN
Snabblänkar
Att få till anpassade integrerade kretsar kräver att man verkligen förstår vad som ska byggas. Ingenjörsgruppen samarbetar tätt med produktutvecklare för att fastställa parametrar såsom mål för effektförbrukning, vilken typiskt behöver ligga under 1 watt för de flesta IoT-tillämpningar. De sätter även gränser för värmeavgivning och prestandakrav specifika för varje tillämpning. Till exempel kräver fordonsystem ofta signalbehandlingstider under 10 nanosekunder. En nyligen genomförd granskning av ASIC-utvecklingstrender från 2023 visar något intressant: när ingenjörer har tydliga, detaljerade specifikationer från början lyckas cirka fyra av fem projekt passera den inledande testfasen. Men hoppa över detta steg? Då sjunker chanserna dramatiskt till ungefär en tredjedel framgångsgrad redan på första försöket.
Konstruktionslagar använder ofta modulära designmetoder när de sätter ihop bearbetningskärnor som RISC-V eller ARM, tillsammans med minnessystem och in-/utgångsförbindelser som matchar vad den slutgiltiga produkten kräver. För kretsar som används i industriell automatisering finns flera viktiga överväganden. Säkerhet är av yttersta vikt, så konstruktörer integrerar reservkretsar som uppfyller ISO 13849-standarder. Möjlighet till signalbehandling i realtid är en annan nödvändig funktion. Och dessa komponenter måste fungera tillförlitligt även under extrema förhållanden, och fungera korrekt från så kallt som minus 40 grader Celsius upp till plus 125 grader Celsius utan att gå sönder.
När arkitekturen har validerats går ingenjörer vidare till HDL-kodning, kör simuleringar och optimerar den fysiska layouten med hjälp av olika verktyg, inklusive Cadence Innovus. Att utföra elektromagnetisk interferens (EMI)-kontroller och termisk analys tidigt i processen genom flera prototypiterationer kan minska kostsamma omarbetningar senare. De flesta halvledarfabriker tar cirka 12 till 18 veckor att leverera den första siliciumkretsen, vilket är anledningen till att noggrann verifiering före tapeout förblir så kritisk för projektscheman och budgetkontroll.
Enligt den senaste inbäddade systemrapporten från 2024 kan tekniker som adaptiv spänningsreglering kombinerat med klockgating minska vilospänningsförbrukningen i IoT-sensornoder med ungefär 70 procent. Smarta konstruktörer implementerar nu flera strömdomäner för att separera de högfrekventa beräkningskomponenterna från de delar som behöver vara aktiva hela tiden. Detta tillvägagångssätt bidrar verkligen till att förlänga batterilivslängden i enheter såsom medicinsk bärbart teknik och miljöövervakningsutrustning där långsiktig drift är avgörande. När det gäller Bluetooth Low Energy-sändare specifikt, gör det att justera trösklar dynamiskt inom PMIC-designer att de håller ungefär 22 procent längre i drift samtidigt som god räckvidd bibehålls. Industrin har gradvis antagit dessa metoder då tillverkare söker sätt att optimera prestanda utan att offra pålitlighet.
När man designar paket och deras associerade kretsar tillsammans blir signalkvaliteten faktiskt bättre eftersom vi kan ta hänsyn till de irriterande parasitiska effekterna i paketet tillsammans med avslutningsnäten på chipet. Vissa anpassade integrerade kretsdesigner som inkluderar impedansomvandlade ingångs/utgångsbuffertar har visat sig minska elektromagnetisk störning ganska avsevärt. En nyligen genomförd branschbenchmark från 2023 visade att dessa specialdesigner minskade EMI med cirka 41 % jämfört med vanliga standardalternativ. För motorstyrning applikationsspecifika integrerade kretsar , blir värmebehandling också mycket viktig. Bra termisk planering hjälper till att förhindra att de irriterande heta punkterna bildas. Och låt oss inte glömma bort de små avkopplingskondensatorerna kondensatorer antingen måste de placeras precis rätt enligt designregler så att spänningen hålls stabil även när belastningar plötsligt ändras.
Forskare har utvecklat ett kontinuerligt glukosövervakningssystem som kan fungera upp till 18 månader på en enda laddning tack vare flera smarta designval. För det första implementerade de subtröskeldriftstekniker i de analoga frontändskretsarna, vilket drastiskt minskar effektförbrukningen. För det andra använde de tidsmässigt samspelande ADC-sampling som fungerar i synk med radiofrekvenspulser under datatransmission. Och för det tredje införlivade de solenergiutvinningsfunktion på kretsen, vilken kan generera cirka 15 mikrovatt även vid exponering för vanligt inomhusbelysning. Den resulterande anpassade integrerade kretsen i 40 nanometers teknik ger också imponerande resultat – den uppnår nästan 99,3 procent mättningsnoggrannhet samtidigt som den förbrukar endast 3,2 mikroampere per megahertz. Det innebär ungefär en två tredjedels minskning av effektförbrukningen jämfört med tidigare versioner av liknande enheter.
När det gäller wearables och IoT-enheter där utrymme är dyrbart och värme hantering är viktig, blir avancerade layouttekniker helt avgörande. Många ingenjörer vänder sig idag till saker som 3DIC-stapling tillsammans med mikrovia-teknik eftersom de kan minska den totala ytan samtidigt som signalerna förblir rena och starka. Något nyare arbete från 2023 undersökte hur strategisk placering av kopparpelare i System-in-Package-designer gjorde en stor skillnad. Resultatet? Heta punkter minskade med cirka 34 % jämfört med vad vi ser i standardlayouter. Ganska imponerande med tanke på hur mycket tätare komponenter packas ju mer tekniken utvecklas.
Avgörande tekniker inkluderar:
Industriprognoser indikerar att 50 % av nya högpresterande datorchipdesigner kommer att anta flerdie-arkitekturer senast 2025, driven av efterfrågan på bandbredd för AI-acceleratorer. Denna förändring påverkar konsumentelektronik, där designteam måste balansera UCIe-kompatibla anslutningar mot termiska begränsningar i enheter med profiler under 7 mm.
Valet mellan tredjeparts- och egentillverkade IP innebär kompromisser mellan snabbhet till marknaden och prestandaskiljaktighet. Kommersiell PCIe 6.0- eller DDR5-PHY-IP påskyndar utvecklingen för fordonskontrollenheter, medan anpassade neurala nätverksacceleratorer ofta ger 2–3 gånger bättre strömeffektivitet i edge-AI-tillämpningar.
En undersökning från 2024 bland SoC-utvecklare visade följande trender:
| Integrationsmetod | Genomsnittlig utvecklingstid | Flexibilitet i strömoptimering |
|---|---|---|
| Tredjeparts-IP | 7,2 månader | 38% |
| Egentillverkat IP | 11,5 månader | 81% |
Nyliga studier visar att standardiserade UCIe-gränssnitt minskar integrationsrisker i chiplet-baserade konstruktioner samtidigt som prestanda bibehålls. I SoC:ar för industriell automatisering möjliggör kombinationen av kommersiell motorstyrnings-IP med egna säkerhetsmoduler ASIL-D-kompatibilitet inom sub-2W effektpaket.
Dagens EDA-verktyg hanterar cirka 70 % av de tråkiga, repetitiva uppgifterna under simulering och verifiering, vilket verkligen påskyndar arbetet inom utveckling av kundanpassade integrerade kretsar. Plattformarna låter ingenjörer testa hur väl strömförsörjningen håller när den utsätts för extrema belastningar och finjustera signalvägar så att de faktiskt fungerar tillförlitligt i verkliga situationer. Enligt den senaste EDA Tools Report 2024 från branschanalytiker ser företag som använder dessa integrerade system en minskning av felen med cirka 43 % efter tillverkning, tack vare inbyggd kontroll av konstruktionsregler och förbättrade termiska modelleringsfunktioner. Det är inte förvånande, eftersom att upptäcka problem tidigt sparar alla tid och pengar framöver.
Fullständiga EDA-system kan kosta företag upp till en halv miljon dollar per år, men det finns numera modulära alternativ som skalar bättre för mindre företag som precis startar. Med tokenbaserad licensiering kan ingenjörsgrupper faktiskt använda de avancerade syntestoolarna när de verkligen behövs under viktiga steg, såsom att sätta upp chiplayouten eller hantera parasiteffekter. Enligt vissa forskningsrapporter från förra året uppnådde företag i medelstorlek sin avkastning på investeringen nästan en fjärdedel snabbare när de kombinerade kostnadsfri verifieringsprogramvara från öppen källkod med betald layoutprogramvara från etablerade leverantörer. Denna hybridmetod verkar fungera bra för många växande teknikföretag för närvarande.
Nyckelstrategier för att minimera risker i ASIC-utveckling inkluderar:
Dessa metoder hjälper till att undvika omskrivningar, vilket kan försena marknadsföringen med 14–22 veckor per maskrevision.
Nya utvecklare hittar sätt att komma runt de höga startkostnaderna, som förr uppgick till över två miljoner dollar, genom att använda externa designcenter och frakttjänster för prototyper. Företag som specialiserar sig på ASIC hanterar numera allt från att fastställa chiparkitekturen till att lämna över de slutgiltiga GDSII-filerna. Och många tillverkningsanläggningar har öppnat dörrarna för mindre aktörer, vilket ger dem tillgång till avancerade tillverkningsprocesser i 12 nm och 16 nm utan att behöva binda sig till stora produktionsomfattningar från början. För små företag innebär detta att de faktiskt kan lägga tid på att skapa något unikt för sin marknad istället för att fastna i att bygga dyr infrastruktur från grunden.
Anpassade integrerade kretsar hanterar alla typer av olika behov i moderna smarta system. Ta till exempel IoT-kantenheter, där neuromorfa designlösningar kan minska kraven på AI-bearbetning med upp till 80 procent utan att nämnvärt försämra hastigheten, samtidigt som svarstiderna hålls under tio millisekunder. Bilindustrin har också gjort stora framsteg. Deras system på chip innehåller nu mer än femton avancerade funktioner för förarstöd på en enda krets, vilket innebär att bilar kan upptäcka objekt ungefär fyrtio procent snabbare under testfaserna för självkörande teknik. Och glöm inte heller industriella miljöer. När tillverkare integrerar små MEMS-sensorer direkt i sina anpassade kretsar ökar de faktiskt hur exakt prediktiv underhållsprocess blir, särskilt när utrustning vibrerar kontinuerligt. Verkliga tester visar ungefär en tredjedels bättre noggrannhet i dessa tuffa förhållanden.
Tillverkare bekämpar marknadsöversättning genom att använda vertikalt optimerade SoC:ar med egenspecialiserade acceleratorer för kryptering, motorstyrning och trådlösa protokoll. Prestandatest visar att anpassade matrismultiplikationsenheter överträffar allmänpåliggande GPU:er med 5 i neurala nätverkets dataflöde vid AIoT-slutpunkter.
Härdade FP16-kärnor och adaptiv spänningsreglering gör att medicinska avbildningssystem kan upptäcka tumörer 30 % snabbare utan att kompromissa med diagnostisk precision. Realtidsindustriella styrsystem som använder specialkonstruerade integrerade kretsar uppnår svarstider under 2¼ sekunder för säkerhetskritiska avstängningsoperationer, vilket förbättrar systemets tillförlitlighet i verksamhetskritiska applikationer.