ASICS application specific integrated circuits Michael Ströder Inhaltsverzeichnis Was ist ein ASIC? Einsatzgebiete Allgemeiner Entwicklungsprozess Fertigungsverfahren Fazit Was ist ein ASIC? Anwendungsspezifische Schaltung Gemäß Kundenwunsch entworfen und hergestellt Funktionalität wird physisch in Hardware programmiert Einsatzgebiete Schaltungen die im Laufe des Produktzyklus nicht verändert werden sollen Schaltungen die in großen Stückzahlen verkauft werden sollen Einsatzgebiete Haupteinsatzgebiet sind Produkte die für die Masse entworfen und angeboten werden: Eingebettete Systeme Smartphones Mobil- und Desktop CPUs (universelle ASICs) Nahezu jede denkbare Consumer-Elektronik Allgemeiner Entwicklungsprozess Unterteilung in 5 Hauptphasen ASIC-Spezifikation ASIC-Kodierung ASIC-Synthese ASIC-Layout ASIC-Produktion ASIC-Spezifikation Festlegen der Spezifikationen Art und Größe des Gehäuses Anzahl und Zuordnung der Gehäusepins Festlegung der Versorgungspins und deren Position Zugelassene Betriebstemperatur ASIC-Kodierung Verhaltensbeschreibung mit Hilfe von z.B. VHDL oder Verilog Testen Testen Testen ASIC-Synthese Vergleichbar mit einem Kompiliervorgang Aus dem in VHDL erzeugten Code wird eine Gatternetzliste erzeugt ASIC-Synthese Randbedingungen für den Kompiler Welche internen Verbindungen sind zeitkritisch? Wie hoch sind die auftretenden Frequenzen? Wie ist die Phasenlage zwischen den Signalen? ASIC-Layout Räumliche Anordnung der kompilierten Funktionseinheiten Möglichst kurze Verbindungswege (Timing) Vermeidung von Hotspots Gesamtlayout sein sollte am Ende möglichst rechteckförmig ASIC-Produktion Herstellung erfolgt meistens nach dem Fotolithografie-Verfahren Maskierte Belichtung eines mit Fotolack überzogenen Halbleitermaterials Auflösung der belichteten Stellen Scheibchenweiser Aufbau der Schaltung durch chemische und physikalische Prozesse ASIC-Produktion Fertigungsverfahren Moderne Fertigungsverfahren ermöglichen immer feinere Strukturen Benennung des Fertigungsprozesses durch Bezifferung der Strukturgröße (z.B. 22nm) Die Strukturgröße beschreibt die Gate-Länge der verwendeten Transistoren Fertigungsverfahren Jahr Modell Strukturgröße Transistoren (nm) (Mio.) Takt (MHz) 1993 Pentium 60 800 3,2 60 2000 Pentium 4 1500 180 42,0 1500 2008 Core 2 Duo E8400 45 420,0 3000 2011 Core i7 2600k 32 995,0 3400 2014 Core i7 4790k 22 1400,0 4000 Fertigungsverfahren Vorteile einer verringerten Strukturgröße Mögliche Steigerung der Schaltungskomplexität Erhöhung der Produktionsausbeute Verringerung der Leistungsaufnahme Alternativ: Kleineres Höhere Taktrate Chip-Gehäuse möglich Fertigungsverfahren Nachteile einer verringerten Strukturgröße Hoher Zu Forschungsaufwand Beginn häufig geringere Produktionsausbeute Steigender Einfluss der Elektromigration Elektromigration Materialfluss innerhalb der Leiterbahnen Entstehung von Hohlräumen (Voids) und Materialanhäufungen (Hillocks) innerhalb der Leiterbahnen Effekt nimmt mit steigender Stromdichte zu Elektromigration Fazit ASICs lassen sich äußerst gut auf Spezialanwendungen optimieren Vor allem in der Massenproduktion ökonomisch sinnvoll Nachteile: Hoher Aufwand für Tests Erschwerte Beschaffung von Ersatzteilen Quellen http://www.elektroniknet.de http://www.andreas-schwope.de https://ark.intel.com/
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