当代ASIC设计的潜在趋势

过去十年来，不同行业领域的众多原装置制造商(OEM)清楚表达了逐渐摒弃使用特定用途积体电路(ASIC)、反而在更大程度上依靠标准现成元件的意图。背后的主要原因是这样可让他们压低总成本，并缩减工程资源。然而，现实中这种情况几乎没有发生，因为过去三四年来，许多这类公司实质上加强了他们的设计团队，在其系统设计中继续沿用明显以ASIC为中心的路线，这样他们可以在竞争日趋激烈的市场维持与其竞争对手最大程度的差异化。然而，ASIC领域正经历大幅变革，OEM必须相对地回应此种变革。

在从事ASIC应用时需要考虑多种因素，以确保集成ASIC的系统设计尽可能有效，同时将相关成本及开发时间保持在最低限度，下文将就此点予以讨论。

一般而言，任何ASIC应用涉及到的关键参数不外乎性能、功率、晶片尺寸、单位成本、功能、非重复性工程(NRE)费用及上市时间等问题。设计中可以进行多种不同的折衷取舍，以强化其中的某个或多个参数。但显而易见的是，如果客户希望看到ASIC某方面特性增强，就会在其他特性方面作出牺牲。例如，在可携式消费类设计中，将ASIC功率保持尽可能低被认为极有好处，这样能够延长终端产品的电池使用时间。此外，这类设计中很可能也要顾及空间限制；如果要充分满足这两项需求，那么就必须在其他方面作出一些折衷，如设计能够支持的功能的广泛程度，或是ASIC的工作速度。

虽然程序逻辑已被用作标准单元技术的替代技术，但实际上，分区程序逻辑快(FPGA)无法提供ASIC的功能。FPGA拥有对设计进行修改的弹性，如在开发过程中修改十，提供早期硬体原型能力、或是使用软体开发工具来修改以降低风险，抑或在终端产品需要翻修的较晚阶段来修改。但当涉及到ASIC才具有的那种最佳化时，FPGA就无法胜任了。如果工程师的设计基于任何FPGA系列，那么他们将会面临FPGA系列中不同晶片尺寸、提供的查找表(LUTs)数量等因素的限制。使用ASIC时，情况就完全不同了—系统设计人员实际上拥有一块空白画布。当涉及到电路板空间利用、功率预算、工作速度等参数时，ASIC就有更宽广的余地了—所有必须作出的决策不过是这些参数中哪些拥有最高优先顺序。当然，在许多案例中，系统设计希望它们同时都具有最高优先顺序，这就是为什么磋商谘询至关重要。过去，在ASIC设计及应用期间，系统设计人员与其他方面工作人员极少对话沟通。但随着设计的程度更趋复杂、更严格的时间及成本约束，再加上涉及到的性能需求，表示这种缺乏对话的方式不再可取。在设计最初阶段，相关各方之间就应该进行详细讨论；这可能包括制程技术选择的讨论，因为制程技术对ASIC开发的范畴以及可能应用的功能有极大影响。这表示客户知悉能够达到什么的结果，他们的期望也可以保持受到控制—因而专案可以根据日程来完成，而且可以避免耗费不菲的设计返工(re-spin)。

在许多情况下，系统设计人员透过使用标准来定义系统互连，处理器子系统及外部介面的方式，因应如今影响ASIC应用的问题。有些流行的处理器与子系统共用相同的互连汇流排—因而使代码能从一个装置移植到另一个装置，相容带有可验证标准(如PCI Express、乙太网或MIPI)的高速互连介面协定的智慧财产产权(IP)模组使系统设计人员能够利用标准物理介面及控制器模组，且知道一旦ASIC投产后不会有相容性问题。也有许多高频宽记忆体介面标准，以及可以在设计中充分利用的经过矽片验证的介面。这些标准的应用推动了在ASIC设计中复用经过验证的IP模组，因而降低可能在技术上或财务上出现妨碍专案的错误之风险。在通常情况下，客户会过高估他们对于ASIC设计的需求；他们会要求加入高性能处理器内核(如ARM Cortex A系列及PowerPC 460)或高速串列介面(如USB 3.0)，实际上若对规格的高期望稍稍降低时，便能发现不仅是ASIC够用，同时还能缩短开发时间或降低高昂的NRE费用。

当今的系统架构师及设计人员必须作出一些困难的抉择；传统想法是他们可以决定自己完成全部的应用工作，并管理制造、封装及测试流程，或是可以另行与小型设计公司或代工厂合作，以满足他们的系统要求。虽然第二种方式表示他们可以省去部分相关事务，但在现实中，系统设计人员仍需面临监督设计流程、以及封装和测试的需求，因为这期间任何的差错都可能表示会浪费投资。

对于OEM而言，在使用设计公司及代工厂组合、或尝试使用内部工程团队来承担ASIC设计工作之外的另一选择，就是与拥有成熟ASIC业务的半导体制造商/供应商合作。虽然近年来经营此类业务的半导体公司数量越来越有限，但仍有公司提供全面的ASIC应用服务。沿着这条路线，OEM能够运用此制造商/供应商采用不同制程来工作的经验，这样可以选择最适合的系列特定应用要求，并知悉什么样的特别IP模组可以理想的被组合运用，从而提升系统总体性能。例如，对于此前的设计专案而言，可能已经弄清在使用某种制程技术为ASIC设计增加互连功能时，某些媒体存取控制器(MAC)和实体层(PHY) IP模组系列非常有效。此外，虽然ASIC拥有比其他可选IC方案更高程度的应用安全性，但业界越来越为仿冒产品感到焦虑。因此，至关重要的是OEM明瞭这可能会带来的商业影响，这就增强了他们联络能够防免此类问题的公司的动力。

跟商业及技术相关的种种压力，已经驱使OEM在进行使用ASIC的新系统设计时，大幅变更他们采取的策略。安森美半导体积极因应ASIC市场的变化，使用从自有晶圆厂及相关代工合作夥伴晶圆厂的多种先进技术，为客户提供ASIC应用服务及半导体制造专业知识和技术。安森美半导体还能使客户接触到其技术精进的IP专家，这样系统设计人员在处理性能、功率、成本及功能等的折衷时，便能作出最明智的决策，这表示他们的系统针对意欲执行的特别任务进行了充分最佳化。

来源：安森美半导体