EN
تیز لینکس
کسٹم آئی سی چپس کو صحیح طریقے سے بنانے کا آغاز اس بات کی واضح تفہیم سے ہوتا ہے کہ آخر بنانا کیا ہے۔ انجینئرنگ ٹیم پروڈکٹ ڈویلپرز کے ساتھ قریبی تعاون کرتی ہے تاکہ چیزوں جیسے پاور کنسمپشن کے ہدف کا تعین کیا جا سکے، جو عام طور پر زیادہ تر آئیوٹی ایپلی کیشنز کے لیے 1 واٹ سے کم رہنا چاہیے۔ وہ ہر ایپلی کیشن کے مخصوص حرارت کی منتشر شدگی اور کارکردگی کی ضروریات کے اطراف سرحدیں بھی طے کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، خودکار نظاموں میں اکثر سگنل پروسیسنگ کے وقت 10 نینو سیکنڈ سے کم ہونے کی ضرورت ہوتی ہے۔ 2023 کے ایس آئی سی ترقی کے رجحانات پر ایک حالیہ نظر نے ایک دلچسپ بات ظاہر کی: جب انجینئرز کے پاس ابتدا میں واضح اور تفصیلی تخصیصات ہوتی ہیں، تو تقریباً ہر پانچ میں سے چار منصوبے اپنے ابتدائی ٹیسٹنگ مرحلے کو کامیابی سے پار کر لیتے ہیں۔ لیکن اس مرحلے کو چھوڑ دیں؟ تو پھر کامیابی کے امکانات صرف تیسرے حصے تک گر جاتے ہیں۔
انجینئرنگ ٹیمیں اکثر RISC-V یا ARM جیسے پروسیسنگ کورز کے ساتھ ساتھ میموری سسٹمز اور ان پٹ/آؤٹ پٹ کنکشنز کو حتمی پروڈکٹ کی ضروریات کے مطابق بنانے کے لیے ماڈولر ڈیزائن کے طریقوں کو نافذ کرتی ہیں۔ صنعتی خودکاری میں استعمال ہونے والے چپس کے لیے کئی اہم باتوں پر غور کیا جاتا ہے۔ حفاظت سب سے اہم ہے، اس لیے ڈیزائنرز بیک اپ سرکٹس کو شامل کرتے ہیں جو ISO 13849 معیارات پر پورا اترتے ہیں۔ حقیقی وقت کے سگنل پروسیسنگ کی صلاحیت ایک اور ضروری خصوصیت ہے۔ اور ان اجزاء کو انتہائی حالات میں بھی قابل اعتماد طریقے سے کام کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، منفی 40 درجہ سیلسیس سے لے کر مثبت 125 درجہ سیلسیس تک بغیر ناکام ہوئے صحیح طریقے سے کام کرنا ہوتا ہے۔
ایک بار جب آرکیٹیکچر کی تصدیق ہو جائے، تو انجینئرز ایچ ڈی ایل کوڈنگ پر منتقل ہوتے ہیں، سیمیولیشنز چلاتے ہیں اور کیڈنس انووس سمیت مختلف اوزاروں کا استعمال کرتے ہوئے جسمانی خاکہ بہتر بناتے ہیں۔ عمل کے اوائل میں متعدد نمونہ جاتی تکرار کے ذریعے الیکٹرومیگنیٹک تداخل (EMI) کی جانچ اور حرارتی تجزیہ کروانا بعد میں مہنگی دوبارہ شراکت کو کم کر سکتا ہے۔ زیادہ تر فاؤنڈریاں پہلا سلیکان چپ حاصل کرنے میں تقریباً 12 سے 18 ہفتوں کا وقت لیتی ہیں، جس کی وجہ سے ٹیپ آؤٹ سے پہلے مکمل تصدیق منصوبہ بندی کے شیڈول اور بجٹ کنٹرول کے لحاظ سے انتہائی اہم رہتی ہے۔
2024 کی تازہ ترین ایمبیڈڈ سسٹمز رپورٹ کے مطابق، ایڈاپٹیو وولٹیج اسکیلنگ جیسی تکنیکس کو کلاک گیٹنگ کے ساتھ ملایا جاتا ہے جو آئیوٹی سینسر نوڈس میں بےکار حالت میں کرنٹ کی خودکاری کو تقریباً 70 فیصد تک کم کر سکتا ہے۔ ذہین ڈیزائنرز اب متعدد پاور ڈومینز کو نافذ کر رہے ہیں تاکہ زیادہ فریکوئنسی والے کمپیوٹنگ اجزاء کو ان حصوں سے علیحدہ کیا جا سکے جنہیں ہمیشہ فعال رہنا ہوتا ہے۔ یہ طریقہ طبی ویئرایبل ٹیک اور ماحولیاتی نگرانی کے سامان جیسے ایسی اشیاء میں بیٹری کی زندگی کو لمبا کرنے میں واقعی مدد دیتا ہے جہاں طویل مدتی آپریشن انتہائی اہم ہوتا ہے۔ بالخصوص بلیوٹوتھ لو اینرجی ٹرانسمیٹرز کی صورت میں، پی ایم آئی سی ڈیزائن میں تھریش ہولڈز کو خودکار طریقے سے ایڈجسٹ کرنے سے آپریشن کی مدت تقریباً 22 فیصد تک لمبی ہو جاتی ہے جبکہ اچھی سگنل رسائی کے فاصلے برقرار رہتے ہیں۔ صنعت بتدریج ان طریقوں کو اپنا رہی ہے کیونکہ سازوسامان بنانے والے اعتماد کو قربان کیے بغیر کارکردگی کو بہتر بنانے کے طریقے تلاش کر رہے ہیں۔
جب ہم پیکجوں اور ان کے متعلقہ سرکٹس کو ایک ساتھ ڈیزائن کرتے ہیں، تو سگنل کی معیار دراصل بہتر ہو جاتی ہے کیونکہ ہم ان پریشان کن پیکج پیرازِٹکس کو آن-چپ ٹرمزینیشن نیٹ ورکس کے ساتھ شامل کر سکتے ہیں۔ ان پٹ/آؤٹ پٹ بفرز کے ساتھ مطابقت رکھنے والی مددمت مزاحمت کو شامل کرنے والے کچھ خصوصی تخلیق شدہ انٹیگریٹڈ سرکٹ ڈیزائنز کو جانچا گیا ہے جنہوں نے الیکٹرومیگنیٹک تداخل کو کافی حد تک کم کر دیا ہے۔ 2023 کے ایک حالیہ صنعتی معیار نے ظاہر کیا کہ ان خصوصی ڈیزائنز نے معیاری تیار شدہ متبادل حل کے مقابلے میں تقریباً 41 فیصد تک EMI کو کم کیا۔ موٹر کنٹرول کے مخصوص کارروائی کے لیے مربوط سرکٹس ، حرارتی انتظام کا بھی بہت اہم ہوتا ہے۔ اچھی حرارتی منصوبہ بندی ان پریشان کن گرم مقامات کے بننے سے روکنے میں مدد کرتی ہے۔ اور آئیے ان چھوٹے ڈی کوپلنگ کو مت بھولیں کنڈیسیٹر یا تو انہیں ڈیزائن کے قواعد کے مطابق بالکل صحیح جگہ رکھنا ہوگا تاکہ لوڈز میں اچانک تبدیلی کے باوجود بجلی مستحکم رہے۔
ماہرین تحقیق نے ایک مسلسل گلوکوز مانیٹرنگ سسٹم تیار کیا ہے جو متعدد ذہین ڈیزائن کے انتخاب کی بدولت ایک بار چارج کرنے پر 18 ماہ تک کام کر سکتا ہے۔ پہلے، انہوں نے انا لوج فرنٹ اینڈ سرکٹس میں سب تھریشولڈ آپریشن ٹیکنیکس نافذ کیں جس سے توانائی کی خرچ میں نمایاں کمی واقع ہوئی۔ دوسرا، انہوں نے وقت کے مطابق منسلک اے ڈی سی نمونہ جات کا استعمال کیا جو ڈیٹا ٹرانسمیشن کے دوران ریڈیو فریکوئنسی برسٹس کے ساتھ ہم آہنگی میں کام کرتا ہے۔ اور تیسرا، انہوں نے چپ پر سورجی توانائی حاصل کرنے کی ٹیکنالوجی شامل کی جو عام اندرونِ خانہ روشنی کی صورت میں بھی تقریباً 15 مائیکروواٹ توانائی پیدا کر سکتی ہے۔ نتیجے میں حاصل ہونے والی 40 نینومیٹر کی مخصوص انضمامی سرکٹ بھی قابلِ ذکر نتائج فراہم کرتی ہے - تقریباً 99.3 فیصد پیمائش کی درستگی حاصل کرتے ہوئے صرف 3.2 مائیکروایمپیر فی میگاہرٹز استعمال کرتی ہے۔ اس سے اس طرح کے ڈیوائسز کے پچھلے ورژن کے مقابلے میں توانائی کے استعمال میں تقریباً دو تہائی کمی واقع ہوتی ہے۔
جب بات پہننے کی اشیاء اور آئیو ٹی ڈیوائسز کی آتی ہے جہاں جگہ قیمتی ہوتی ہے اور حرارت کے انتظام کی اہمیت ہوتی ہے، تو جدید لے آؤٹ تکنیکیں نہایت اہمیت اختیار کر جاتی ہیں۔ بہت سے انجینئرز اب 3D آئی سی اسٹیکنگ کے ساتھ ساتھ مائیکرو ویا ٹیکنالوجی جیسی چیزوں کی طرف رجوع کرتے ہیں کیونکہ وہ مجموعی سائز کو کم کر سکتے ہیں جبکہ سگنلز کو صاف اور مضبوط رکھتے ہیں۔ 2023 کے کچھ حالیہ کام نے سسٹم ان پیکیج ڈیزائن میں تانبے کے ستونوں کو مناسب جگہ دینے کے اثرات کا جائزہ لیا۔ نتائج؟ معیاری لے آؤٹ کے مقابلے میں گرم مقامات میں تقریباً 34 فیصد کمی واقع ہوئی۔ یہ کافی متاثر کن ہے جب غور کیا جائے کہ ٹیکنالوجی کی ترقی کے ساتھ اجزاء کو کتنا زیادہ قریب قریب رکھا جا رہا ہے۔
اہم تکنیکیں شامل ہیں:
انڈسٹری کے تخمینوں کے مطابق، 2025 تک نئی ہائی پرفارمنس کمپیوٹنگ چپ کی ڈیزائنز میں سے 50 فیصد ملٹی-ڈائی آرکیٹیکچرز اپنا لیں گی، جس کی وجہ AI ایکسلی ریٹر بینڈوتھ کی طلب ہے۔ یہ تبدیلی صارفین کی الیکٹرانکس پر اثر انداز ہوتی ہے، جہاں ڈیزائن ٹیموں کو ذیلی-7 ملی میٹر ڈیوائس پروفائلز میں حرارتی حدود کے مقابلے میں UCIe-compliant انٹرکنیکٹس کا توازن قائم کرنا پڑتا ہے۔
تھرڈ-پارٹی اور خود ملکی IP کے درمیان انتخاب مارکیٹ تک پہنچنے کی رفتار اور کارکردگی کی تشخیص کے درمیان تعلقات کو شامل کرتا ہے۔ تجارتی PCIe 6.0 یا DDR5 PHY IP آٹوموٹو کنٹرولرز کے لیے ترقی کو تیز کرتی ہے، جبکہ کسٹم نیورل نیٹ ورک ایکسلی ریٹرز اکثر ایج AI ایپلی کیشنز میں 2 سے 3 گنا بہتر طاقت کی موثریت فراہم کرتے ہیں۔
SoC ڈویلپرز کے 2024 کے سروے نے مندرجہ ذیل رجحانات ظاہر کیے:
| انضمام کا طریقہ کار | اوسط ترقی کا وقت | پاور آپٹیمائزیشن کی لچک |
|---|---|---|
| تھرڈ-پارٹی IP | 7.2 ماہ | 38% |
| کسٹم IP | 11.5 ماہ | 81% |
حالیہ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ چپ لیٹ بنیاد پر ڈیزائنز میں اینٹی گریشن کے خطرات کو کم کرتے ہوئے کارکردگی برقرار رکھنے کے لیے معیاری UCIe انٹرفیس کا استعمال کیا جاتا ہے۔ صنعتی خودکاری SoC میں تجارتی موٹر کنٹرول IP کو نجی حفاظتی ماڈیولز کے ساتھ جوڑنا ذیلی 2W طاقت کے ڈھانچے کے اندر ASIL-D کی پابندی کو ممکن بناتا ہے۔
آج کے ای ڈی اے ٹولز سیمولیشن اور تصدیق کے دوران ان بور کرنے والے دہرائے جانے والے کاموں کا تقریباً 70 فیصد حصہ سنبھالتے ہیں، جس سے کسٹم آئی سی ترقی کے لیے کام بہت تیز ہو جاتا ہے۔ یہ پلیٹ فارمز انجینئرز کو یہ جانچنے کی اجازت دیتے ہیں کہ شدید حالات میں طاقت کتنی اچھی طرح برقرار رہتی ہے اور سگنل کے راستوں کو اس طرح درست کیا جائے کہ وہ حقیقی دنیا کی صورتحال میں قابل اعتماد طریقے سے کام کریں۔ صنعتی تجزیہ کاروں کی جانب سے جاری کردہ تازہ ترین 2024 ای ڈی اے ٹولز رپورٹ کے مطابق، ان یکسر نظاموں کا استعمال کرنے والی کمپنیوں کو تعمیر کے بعد تقریباً 43 فیصد تک غلطیوں میں کمی نظر آتی ہے، کیونکہ ان میں ڈیزائن رول چیکنگ شامل ہوتی ہے اور حرارتی ماڈلنگ کی بہتر صلاحیت ہوتی ہے۔ یہ منطقی بات ہے کہ ابتدائی مرحلے میں مسائل کو پکڑنا مستقبل میں وقت اور رقم دونوں بچاتا ہے۔
مکمل خصوصیات والے ای ڈی اے سسٹمز کمپنیوں کو ہر سال آدھے ملین ڈالر تک چلا سکتے ہیں، حالانکہ اب ماڈیولر اختیارات موجود ہیں جو نئی شروع ہونے والی چھوٹی کمپنیوں کے لیے بہتر پیمانے پر فراہم کرتے ہیں۔ ٹوکن بنیاد پر لائسنسنگ کے ذریعے، انجینئرنگ ٹیمیں واقعی اہم مراحل جیسے چپ کی ترتیب کو سیٹ اپ کرتے وقت یا طاقتور اثرات سے نمٹتے وقت ان پرتعیش ترکیبی اوزاروں کا استعمال کر سکتی ہیں۔ گزشتہ سال شائع ہونے والی کچھ تحقیق کے مطابق، درمیانے درجے کی کمپنیوں کو اپنا سرمایہ کاری پر منافع تقریباً ایک چوتھائی تیزی سے حاصل ہوا جب انہوں نے اوپن سورس منصوبوں کے مفت تصدیق سافٹ ویئر کو قائم شدہ فروشوں کے ادائیگی والے لاوٹ پروگراموں کے ساتھ جوڑا۔ یہ ہائبرڈ طریقہ کار فی الحال بہت سی بڑھتی ہوئی ٹیک فرمز کے لیے اچھی طرح کام کر رہا ہے۔
ای ایس آئی سی ترقی میں خطرے کو کم کرنے کے اہم حکمت عملی یہ ہیں:
یہ طریقے ری اسپنز سے بچنے میں مدد کرتے ہیں، جو فی ماسک ترمیم کے لحاظ سے مارکیٹ میں پہنچنے کے وقت کو 14 سے 22 ہفتوں تک تاخیر کا باعث بن سکتے ہیں۔
نئے ڈویلپرز بیرونی ڈیزائن سینٹرز اور پروٹو ٹائپس کے لیے شپنگ خدمات کا استعمال کر کے ان شدید شروعاتی اخراجات سے بچ رہے ہیں جو پہلے دو ملین ڈالر سے زائد ہوا کرتے تھے۔ اب ایس آئی سیز (ASICs) میں مہارت رکھنے والی کمپنیاں چپ کی آرکیٹیکچر کا تعین سے لے کر حتمی جی ڈی ایس آئی آئی فائلیں فراہم کرنے تک کے تمام مراحل سنبھال رہی ہیں۔ اور بہت سی فاؤنڈریز نے چھوٹے کاروباروں کے لیے بھی دروازے کھول دیے ہیں، جس سے وہ بڑے پیمانے پر پیداوار کے التزام کے بغیر ہی 12 نینومیٹر اور 16 نینومیٹر جیسی جدید تیارکردہ تکنیکوں تک رسائی حاصل کر سکتے ہیں۔ اس کا چھوٹے کاروباروں کے لیے یہ مطلب ہے کہ وہ مہنگی بنیادی ڈھانچہ تعمیر کرنے میں الجھے بغیر اپنی منڈی کے لیے کچھ منفرد تخلیق کرنے پر وقت صرف کر سکتے ہیں۔
جدید اسمارٹ سسٹمز میں کسٹم انضمامی سرکٹ مختلف قسم کی ضروریات کو پورا کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر IoT ایج ڈیوائسز، جہاں نیورومورفک ڈیزائن AI پروسیسنگ کی ضرورت تقریباً 80 فیصد تک کم کر سکتے ہیں بغیر رفتار کو متاثر کیے، جس سے ردعمل کا وقت دس ملی سیکنڈ سے کم رہتا ہے۔ خودکار صنعت نے بھی بڑی پیش رفت کی ہے۔ ان کے چپ کے نظام اب ایک ہی چپ پر پندرہ سے زائد جدید ڈرائیور اسسٹنس فیچرز کو شامل کرتے ہیں، جس کا مطلب ہے کہ خودکار ڈرائیونگ ٹیکنالوجی کے ٹیسٹنگ دوران گاڑیاں چالیس فیصد تیزی سے اشیاء کا پتہ لگاتی ہیں۔ صنعتی ماحول کو بھی متوجہ نہ کریں۔ جب تیار کنندہ MEMS سینسرز کو اپنے کسٹم چپس کے اندر براہ راست شامل کرتے ہیں، تو وہ درحقیقت توقعی مرمت کی درستگی میں اضافہ کرتے ہیں، خاص طور پر جب مشینیں مسلسل کمپن کر رہی ہوتی ہیں۔ حقیقی دنیا کے ٹیسٹس سے پتہ چلتا ہے کہ ان مشکل حالات میں درستگی کی شرح تقریباً ایک تہائی بہتر ہوتی ہے۔
مارکیٹ کی مکمل اشباع کا مقابلہ کرنے کے لیے، سیخانہ جات خودمختار تیزکاروں کے ساتھ عمودی طور پر بہتر بنائے گئے SoCs کو رموزِ کشفی، موٹر کنٹرول، اور وائرلیس پروٹوکولز کے لیے استعمال کرتے ہیں۔ معیاری نمونوں سے ظاہر ہوتا ہے کہ AIoT اینڈ پوائنٹس پر خصوصی میٹرکس ضرب کے یونٹ نیورل نیٹ ورک کی پیداوار میں جنرل پروپز GPU کی نسبت 5 گنا زیادہ بہتر کارکردگی دکھاتے ہیں۔
مضبوط FP16 کورز اور موافقتی وولٹیج اسکیلنگ کی بدولت میڈیکل امیجنگ سسٹمز برسوں کو تشخیصی درستگی کو متاثر کیے بغیر 30 فیصد تیزی سے دریافت کر سکتے ہیں۔ خصوصی آئی سیز کا استعمال کرتے ہوئے حقیقی وقت کے صنعتی کنٹرولرز حفاظتی طور پر انتہائی اہم بندش کے آپریشنز کے لیے 2¼ سیکنڈ سے کم رد عمل کے اوقات حاصل کرتے ہیں، جو اہم ترین درخواستوں میں سسٹم کی قابل اعتمادی کو بڑھاتے ہیں۔