EN
Hızlı Bağlantılar
Özel IC çiplerini doğru yapmak, neyin inşa edilmesi gerektiğinin gerçekten iyi anlaşılmasına başlar. Mühendislik ekibi, çoğu IoT uygulaması için tipik olarak 1 watt'ın altında kalması gereken güç tüketimi hedefleri gibi konuları belirlemek amacıyla ürün geliştiricileriyle yakından çalışır. Ayrıca her uygulamaya özgü ısı dağılımı ve performans gereksinimleri etrafında sınırlar belirlerler. Örneğin, otomotiv sistemleri genellikle 10 nanosaniyenin altında sinyal işleme süresi gerektirir. 2023 yılına ait ASIC geliştirme trendlerine yapılan son bir inceleme ilginç bir şey ortaya koydu: mühendisler başlangıçta net ve ayrıntılı teknik özelliklere sahip olduklarında, projelerin yaklaşık beşte dördü ilk test aşamasını başarıyla geçiyor. Ancak bu adımı atlamak? Bu durumda ilk denemede başarı şansı dramatik şekilde düşerek yalnızca yaklaşık üçte bire iniyor.
Mühendislik ekipleri, nihai ürünün ihtiyaçlarına uygun RISC-V veya ARM gibi işlem çekirdeklerinin yanı sıra bellek sistemlerini ve giriş/çıkış bağlantılarını bir araya getirirken sıklıkla modüler tasarım yaklaşımlarını kullanır. Endüstriyel otomasyon için kullanılan çiplerde dikkate alınması gereken birkaç önemli husus vardır. Güvenlik en öncelikli konudur ve tasarımcılar ISO 13849 standartlarını karşılayan yedek devreleri entegre eder. Gerçek zamanlı sinyal işleme yeteneği de başka bir zorunlu özelliktir. Ayrıca bu bileşenler aşırı koşullarda bile güvenilir şekilde çalışabilmelidir ve eksi 40 derece Santigrat'tan artı 125 derece Santigrat'a kadar olan sıcaklıklarda arızaya uğramadan düzgün şekilde çalışmaya devam etmelidir.
Mimari doğrulandıktan sonra, mühendisler HDL kodlamasına geçer, simülasyonlar çalıştırır ve Cadence Innovus gibi çeşitli araçları kullanarak fiziksel yerleşimi optimize eder. Süreç boyunca birden fazla prototip yinelemesiyle erken aşamada elektromanyetik girişim (EMI) kontrolleri ve termal analizler yapılması, daha sonra oluşabilecek maliyetli yeniden üretimlerin önüne geçebilir. Çoğu fabrika ilk silikon çipini teslim etmek için yaklaşık 12 ila 18 hafta süreye ihtiyaç duyar; bu nedenle şerit çıkışından önce kapsamlı doğrulamanın proje zaman çizelgeleri ve bütçe kontrolü açısından ne kadar kritik olduğu ortadadır.
2024 Yerleşik Sistemler Raporu'na göre, uyarlamalı voltaj ölçekleme ve saat kapama gibi teknikler, IoT sensör düğümlerinde boşta iken tüketilen akımı yaklaşık %70'in üzerinde düşürebilir. Akıllı tasarımcılar artık yüksek frekanslı işlem bileşenlerini sürekli açık kalmaları gereken bölümlerden ayırmak için birden fazla güç alanını uygulamaya başladı. Bu yaklaşım, uzun süreli çalışmanın kritik olduğu tıbbi giyilebilir teknoloji ve çevre izleme ekipmanları gibi cihazlarda pil ömrünü uzatmada büyük katkı sağlıyor. Özellikle Bluetooth Düşük Enerji vericileri açısından, PMIC tasarımında eşik değerlerin dinamik olarak ayarlanması, iyi sinyal menzili korunurken çalışma süresini yaklaşık %22 daha uzatabiliyor. Endüstri, üreticiler performansı güvenilirliği feda etmeden optimize etmeye çalıştıkça bu yöntemleri kademeli olarak benimsemeye devam ediyor.
Paketleri ve bunlara ilişkin devreleri birlikte tasarladığımızda, sinyal kalitesi aslında daha iyi hale gelir çünkü kılavuzdaki istenmeyen paket parazitlerini ve yonga üzerindeki sonlandırma ağlarını hesaba katabiliriz. Empedans uyumlu giriş/çıkış tamponları içeren bazı özel entegre devre tasarımlarının elektromanyetik gürültüyü önemli ölçüde azalttığı gösterilmiştir. 2023 yılında yapılan bir sektörel kıyaslama, bu özel tasarımların standart hazır alternatiflere kıyasla EMI'ı yaklaşık %41 oranında azalttığını ortaya koymuştur. Motor kontrol uygulamalarına özgü entegre devreler , termal yönetim de aynı şekilde çok önemlidir. İyi bir termal planlama, rahatsız edici sıcak noktaların oluşmasını önlemeye yardımcı olur. Ayrıca küçük bypass kondansatörlerini de unutmayalım kondansatörler tasarım kurallarına göre doğru yerleştirilmeleri gerekir, böylece yükler aniden değiştiğinde bile güç kararlı kalır.
Araştırmacılar, birkaç akıllı tasarım seçeneğine dayanarak tek şarjla 18 aya kadar dayanabilen bir sürekli glukoz izleme sistemi geliştirdi. İlk olarak, analog ön uç devrelerinde alt eşik çalıştırma teknikleri uygulayarak güç tüketimini büyük ölçüde azalttılar. İkinci olarak, veri iletimi sırasında radyo frekanslı patlamalarla senkronize çalışan zaman aralıklı ADC örnekleme kullandılar. Üçüncü olarak, normal iç mekan aydınlatması koşullarında bile yaklaşık 15 mikrowatt enerji üretebilen entegre güneş enerjisi toplama teknolojisini dahil ettiler. Elde edilen 40 nanometre özel entegre devre de etkileyici sonuçlar veriyor - megahertz başına sadece 3,2 mikroamper çekerek neredeyse %99,3'lük bir ölçüm doğruluğu sağlıyor. Bu, benzer cihazların önceki sürümlerine kıyasla güç tüketiminde yaklaşık üçte iki oranında bir azalmaya karşılık gelmektedir.
Alan kısıtlı ve ısı yönetimi önemli olan giyilebilir cihazlarda ve IoT cihazlarında gelişmiş yerleşim teknikleri hayati bir öneme sahiptir. Birçok mühendis, sinyalleri temiz ve güçlü tutarken genel olarak kapladığı alanı küçültebilmek adına günümüzde 3DIC katmanlamayı ve mikrovia teknolojisini tercih ediyor. 2023 yılında yapılan bazı çalışmalar, Sistem-Yarı İletken paketleme tasarımlarında bakır kolonların stratejik yerleştirilmesinin önemli fark yarattığını ortaya koydu. Sonuçlar? Standart yerleşimlere kıyasla sıcak noktalar yaklaşık %34 oranında azaldı. Teknoloji ilerledikçe bileşenlerin daha sıkı şekilde paketlenmesi düşünüldüğünde oldukça etkileyici.
Kritik teknikler şunları içerir:
Sektör projeksiyonları, AI hızlandırıcı bant genişliği taleplerinin etkisiyle 2025 yılına kadar yeni yüksek performanslı bilgi işlem çip tasarımıların %50'sinin çoklu die mimarilerini benimseyeceğini göstermektedir. Bu değişim, UCIe uyumlu bağlantılar ile altıncı milimetrenin altındaki cihaz profillerinde termal sınırlar arasında denge kurmak zorunda olan tasarım takımları nedeniyle tüketici elektroniği üzerinde de etkili olmaktadır.
Üçüncü şahıs ve özel IP arasındaki seçim, piyasaya süreye erişim ile performans farklılaştırması arasında bir ödünleşim içerir. Ticari PCIe 6.0 veya DDR5 PHY IP, otomotiv kontrolcüler için geliştirme sürecini hızlandırırken, özel sinir ağı hızlandırıcılar genellikle kenar yapay zeka uygulamalarında 2-3 kat daha iyi güç verimliliği sağlar.
SoC geliştiricilerine 2024 yılında yapılan bir anket şu eğilimleri ortaya çıkardı:
| Entegrasyon Yaklaşımı | Ortalama Geliştirme Süresi | Güç Optimizasyon Esnekliği |
|---|---|---|
| Üçüncü Şahıs IP | 7,2 ay | 38% |
| Özel IP | 11,5 ay | 81% |
Son çalışmalar, standartlaştırılmış UCIe arayüzlerinin çiplet tabanlı tasarımlarda entegrasyon risklerini azalttığını ve aynı zamanda performansın korunduğunu göstermektedir. Endüstriyel otomasyon SoC'lerinde ticari motor kontrol IP'lerinin özel güvenlik modülleriyle birleştirilmesi, alt-2W güç sınırları içinde ASIL-D uyumunu mümkün kılmaktadır.
Günümüzün EDA araçları, özel IC geliştirme sürecinde simülasyon ve doğrulama sırasında ortaya çıkan sıkıcı tekrarlayan görevlerin yaklaşık %70'ini üstlenmekte olup bu da süreci gerçekten hızlandırmaktadır. Platformlar, mühendislerin aşırı yüklerde güç değerlerinin ne kadar iyi dayandığını test etmelerine ve sinyal yollarını gerçek dünya koşullarında güvenilir şekilde çalışacak şekilde ince ayar yapmalarına olanak tanır. Sektör analistlerinin en son 2024 EDA Araçları Raporu'na göre, bu entegre sistemleri kullanan şirketler, yerleşik tasarım kuralı denetimi ve gelişmiş termal modelleme özellikleri sayesinde üretim sonrası hatalarda yaklaşık %43'lük bir düşüş yaşamaktadır. Bu durum, erken aşamada sorunların tespit edilmesinin ileride herkesin zamanını ve parasını tasarruf etmesini sağladığı için mantıklıdır.
Tam özellikli EDA sistemleri, her yıl şirketi yarım milyon doların üzerinde maliyet çıkarabilir; ancak artık küçük işletmelerin işe başlamasına daha uygun ölçeklenebilir modüler seçenekler mevcut. Token tabanlı lisanslama ile mühendislik ekipleri, çip yerleşimini ayarlama veya parazitik etkilerle başa çıkma gibi önemli aşamalarda gerçekten ihtiyaç duyduklarında bu gelişmiş sentezleme araçlarını kullanabiliyorlar. Geçen yıl yayımlanan bazı araştırmalara göre, orta boyuttaki şirketler açık kaynak projelerden gelen ücretsiz doğrulama yazılımlarını, köklü sağlayıcılardan alınan ücretli yerleşim programlarıyla birleştirdiklerinde yatırım getirilerini neredeyse çeyrek kadar daha hızlı elde ettiler. Bu hibrit yaklaşım şu anda birçok büyüyen teknoloji firması için iyi çalışıyor.
ASIC geliştirme sürecinde riski en aza indirmek için temel stratejiler şunlardır:
Bu yöntemler, her bir maske revizyonunda pazarlanma süresini 14–22 hafta geciktirebilecek yeniden üretimi önlemeye yardımcı olur.
Yeni geliştiriciler, iki milyon dolardan fazla olan yüksek başlangıç maliyetlerinin üstesinden gelmek için dış tasarım merkezlerini ve prototipler için kargo hizmetlerini kullanıyorlar. ASIC'ye özel şirketler artık çip mimarisinin belirlenmesinden son GDSII dosyalarının teslimine kadar her şeyi ele alıyor. Ayrıca birçok fabrika da küçük oyunculara kapılarını açtı ve onlara önce büyük üretim miktarlarına bağlı kalmadan 12nm ve 16nm gibi gelişmiş üretim süreçlerine erişim sağladı. Bu durumun küçük işletmeler için anlamı, pahalı altyapıyı sıfırdan kurmaya çalışarak kendilerini yormak yerine, piyasaları için gerçekten özgün şeyler yaratmaya zaman harcayabilmeleridir.
Özel entegre devreler, modern akıllı sistemlerde çeşitli ihtiyaçlara çözüm sunar. Örneğin IoT kenar cihazlarında nöromorfik tasarımlar, hızda büyük ölçüde bir kayıp yaşanmadan yapay zeka işleme gereksinimlerini yaklaşık %80 oranında azaltabilir ve yanıt sürelerinin on milisaniyenin altında kalmasını sağlar. Otomotiv endüstrisi de büyük ilerlemeler kaydetti. Şimdi sistem üzerindeki yongalarda (SoC), bir çip üzerine entegre edilmiş on beşten fazla gelişmiş sürücü destekleme özelliği bulunuyor ve bu da araçların otonom sürüş teknolojisinin test aşamalarında nesneleri yaklaşık %40 daha hızlı tespit etmesini sağlıyor. Endüstriyel alanları da unutmayın. Üreticiler özel çiplerinin içine doğrudan küçük MEMS sensörler yerleştirdiklerinde özellikle ekipmanlar sürekli titreştiğinde tahmine dayalı bakımın doğruluğunu önemli ölçüde artırıyorlar. Gerçek dünya testleri, bu zorlu koşullarda doğruluk oranının yaklaşık üçte bir kadar daha iyi olduğunu gösteriyor.
Üreticiler, şifreleme, motor kontrolü ve kablosuz protokoller için özel hızlandırıcılarla dikey olarak optimize edilmiş SoC'ler kullanarak piyasa doygunluğuna karşı mücadele ediyor. Kıyaslama testleri, özel matris çarpım birimlerinin AIoT uç noktalarında sinir ağları işlevinde genel amaçlı GPU'lardan 5 kat daha yüksek verimlilik sağladığını gösteriyor.
Güçlendirilmiş FP16 çekirdekleri ve uyarlamalı voltaj ölçekleme, tıbbi görüntüleme sistemlerinin tanı doğruluğunu zedelemeden tümörleri %30 daha hızlı tespit etmesine olanak tanıyor. Özel entegre devreler kullanan gerçek zamanlı endüstriyel denetleyiciler, güvenliğe kritik öneme sahip kapanma işlemlerinde 2¼ saniyenin altındaki tepki süreleriyle görev açısından kritik uygulamalarda sistemin güvenilirliğini artırıyor.