अनुप्रयोग विशिष्ट एकीकृत सर्किट (ASIC) का परिचय

हमारे दिन-प्रतिदिन के जीवन में, हम विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक गैजेट्स में आते हैं। इलेक्ट्रॉनिक्स के उत्पादन में क्रांति लाने वाली तकनीकों में से एक है “ एकीकृत परिपथ “। इस तकनीक ने घनत्व को बढ़ाकर इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के आकार को कम कर दिया तर्क द्वार प्रति चिप। आज हमारे पास IC के विभिन्न प्रकार और विन्यास हैं। जैसा कि हम चारों ओर निरीक्षण करते हैं, हम पाते हैं कि कुछ IC का उपयोग केवल एक विशिष्ट एप्लिकेशन के लिए किया जा सकता है जबकि कुछ IC को फिर से उपयोग किया जा सकता है और विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जा सकता है। इस प्रकार के IC को ASIC के नाम से जाना जाता है। लेकिन वे अलग कैसे हैं? उन्हें कैसे फटकारना संभव है? कुछ ICs को दोबारा क्यों नहीं बनाया जा सकता है? इन सवालों के जवाब खोजने के लिए हॉप।

एक ASIC (एप्लीकेशन स्पेसिफिक इंटीग्रेटेड सर्किट) क्या है?

ASIC का फुल फॉर्म है विशिष्ट एकीकृत परिपथ आवेदन। ये सर्किट अनुप्रयोग विशिष्ट .i.e हैं। किसी विशेष एप्लिकेशन के लिए अनुरूपित आईसी। ये आमतौर पर विशेष एप्लिकेशन की आवश्यकता के आधार पर रूट स्तर से डिज़ाइन किए जाते हैं। कुछ बेसिक अनुप्रयोग-विशिष्ट एकीकृत सर्किट उदाहरण खिलौनों में प्रयुक्त चिप्स, मेमोरी और माइक्रोप्रोसेसर आदि के इंटरफेस के लिए उपयोग की जाने वाली चिप ... इन चिप्स का उपयोग केवल उस एक अनुप्रयोग के लिए किया जा सकता है जिसके लिए ये डिज़ाइन किए गए हैं। शायद, ये आईसी के प्रकार केवल उन उत्पादों के लिए पसंद किया जाता है जिनके पास बड़े पैमाने पर उत्पादन होता है। एएसआईसी को मूल स्तर से डिज़ाइन किया गया है, जिसकी उच्च लागत है और केवल उच्च मात्रा में प्रस्तुतियों के लिए सिफारिश की जाती है।

ASIC का मुख्य लाभ चिप के आकार को कम करना है क्योंकि बड़ी संख्या में सर्किट की कार्यात्मक इकाइयां एक ही चिप पर बनाई जाती हैं। आधुनिक ASIC में आम तौर पर एक 32-बिट शामिल होता है माइक्रोप्रोसेसर , मेमोरी ब्लॉक, नेटवर्क सर्किट आदि ... इस प्रकार के ASICs के रूप में जाना जाता है चिप पर सिस्टम । विनिर्माण प्रौद्योगिकी के विकास और डिजाइन विधियों में अनुसंधान में वृद्धि के साथ, अनुकूलन के विभिन्न स्तरों वाले एएसआईसी विकसित किए जाते हैं।

ASIC के प्रकार

ASICs को एक चिप पर करने के लिए एक प्रोग्रामर को अनुकूलन की मात्रा के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है।

ASICs के प्रकार

पूर्ण रीति

इस प्रकार के डिजाइन में सभी लॉजिक सेल विशिष्ट अनुप्रयोग .i.e के अनुरूप बनाए जाते हैं। डिजाइनर को विशेष रूप से सर्किट के लिए तर्क कोशिकाओं को बनाना पड़ता है। इंटरकनेक्शन के लिए सभी मुखौटा परतें अनुकूलित की जाती हैं। इसलिए प्रोग्रामर चिप के इंटरकनेक्ट को बदल नहीं सकता है और प्रोग्रामिंग करते समय उसे सर्किट लेआउट के बारे में पता होना चाहिए।

पूर्ण कस्टम ASIC के सर्वोत्तम उदाहरणों में से एक माइक्रोप्रोसेसर है। इस प्रकार का अनुकूलन डिजाइनरों को एक एकल आईसी पर विभिन्न एनालॉग सर्किट, अनुकूलित मेमोरी सेल, या यांत्रिक संरचनाओं का निर्माण करने की अनुमति देता है। यह ASIC महंगा है और निर्माण और डिजाइन के लिए बहुत समय लगता है। इन आईसी को डिजाइन करने में लगभग आठ सप्ताह का समय लगता है।

ये आमतौर पर उच्च-स्तरीय अनुप्रयोगों के लिए अभिप्रेत हैं। अधिकतम प्रदर्शन, न्यूनतम क्षेत्र और लचीलेपन की उच्चतम डिग्री पूर्ण कस्टम डिजाइन की प्रमुख विशेषताएं हैं। आखिरकार, तर्क कोशिकाओं, प्रतिरोधक आदि के रूप में डिजाइन में जोखिम अधिक है ... उपयोग किए गए सर्किट तत्वों का ढोंग नहीं किया जाता है।

अर्द्ध कस्टम

इस प्रकार के डिजाइन में लॉजिक सेल को मानक पुस्तकालयों से लिया जाता है ।i.e. वे पूर्ण कस्टम डिजाइन के रूप में दस्तकारी नहीं कर रहे हैं। कुछ मुखौटे अनुकूलित हैं जबकि कुछ पूर्वनिर्धारित पुस्तकालय से लिए गए हैं। लाइब्रेरी से ली गई लॉजिक कोशिकाओं के प्रकार और इंटरकनेक्शन के लिए अनुमत अनुकूलन की मात्रा के आधार पर इन ASIC को दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है- Standard Cell- आधारित ASIC और गेट ऐरे-आधारित ASIC।

1)। मानक सेल आधारित एएसआईसी

इन IC को जानने के लिए सबसे पहले हम यह समझते हैं कि एक मानक सेल लाइब्रेरी क्या है। कुछ तर्क कोशिकाएँ जैसे और द्वार, या द्वार , मल्टीप्लेक्सर्स, फ्लिप फ्लॉप अलग-अलग कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करके डिजाइनरों द्वारा पूर्वनिर्धारित किया जाता है, एक पुस्तकालय के रूप में मानकीकृत और संग्रहीत किया जाता है। इस संग्रह को मानक सेल लाइब्रेरी के रूप में जाना जाता है।

मानक सेल आधारित एएसआईसी

मानक सेल-आधारित में, इन मानक पुस्तकालयों से एएसआईसी तर्क कोशिकाओं का उपयोग किया जाता है। एएसआईसी चिप मानक सेल क्षेत्र या लचीले ब्लॉक पर पंक्तियों के रूप में व्यवस्थित मानक कोशिकाओं से बना होता है। इन लचीले ब्लॉकों के साथ-साथ मेगा कोशिकाएं जैसे माइक्रोकंट्रोलर या माइक्रोप्रोसेसर भी चिप पर उपयोग किए जाते हैं। इन मेगा सेल को मेगा फंक्शन, सिस्टम लेवल मैक्रोज़, फिक्स्ड ब्लॉक, फंक्शनल स्टैंडर्ड ब्लॉक के रूप में भी जाना जाता है।

उपरोक्त आंकड़ा एकल मानक सेल क्षेत्र और चार निश्चित ब्लॉकों के साथ एक मानक सेल ASIC का प्रतिनिधित्व करता है। मुखौटा परतों को अनुकूलित किया जाता है। यहां डिजाइनर मानक कोशिकाओं को मरने पर कहीं भी रख सकते हैं। इन्हें C-BIC के नाम से भी जाना जाता है।

२)। गेट ऐरे आधारित ASIC

इस प्रकार के अर्ध-कस्टम एएसआईसी ने पूर्वनिर्धारित किया है ट्रांजिस्टर सिलिकॉन वेफर .i.e पर डिजाइनर मरने पर मौजूद ट्रांजिस्टर के स्थान को नहीं बदल सकता है। बेस ऐरे, गेट ऐरे का पूर्वनिर्धारित पैटर्न है और बेस सेल, बेस ऐरे की सबसे छोटी रिपेटिटिव सेल है।

मरने की पहली कुछ धातु परतों का उपयोग करके ट्रांजिस्टर के बीच अंतरसंबंध को बदलने के लिए केवल डिजाइनर का दायित्व है। डिजाइनर गेट ऐरे लाइब्रेरी से चुनता है। इन्हें अक्सर नकाबपोश गेट ऐरे कहा जाता है। गेट ऐरे आधारित ASIC तीन प्रकार के होते हैं। वे चैनल गेट ऐरे, चैनल कम गेट सरणी और एक संरचित गेट सरणी हैं।

a) .चैनल गेट ऐरे

इस प्रकार के गेट ऐरे में वायरिंग स्पेस को ट्रांजिस्टर की पंक्तियों के बीच छोड़ दिया जाता है। ये सीबीआईसी के समान हैं क्योंकि अंतरिक्ष को ब्लॉक के बीच परस्पर संबंध के लिए छोड़ दिया जाता है लेकिन चैनल गेट सरणी में सेल पंक्तियों को ऊंचाई में तय किया जाता है जबकि सीबीआईसी में इस स्थान को समायोजित किया जा सकता है।

चैनल गेट ऐरे

इस गेट ऐरे की कुछ मुख्य विशेषताएं हैं- यह गेट एरे इंटरकनेक्शन के लिए पंक्तियों के बीच पूर्वनिर्धारित स्थानों का उपयोग करता है। विनिर्माण समय दो दिन से दो सप्ताह है।

बी)। चैनल कम गेट ऐरे

कोशिकाओं की पंक्तियों के बीच रूटिंग के लिए कोई खाली जगह नहीं बची है जैसा कि चैनल गेट ऐरे में देखा जाता है। यहां गेट एरे सेल्स के ऊपर से राउटिंग की जाती है क्योंकि हम मेटल 1 और ट्रांजिस्टर के बीच कनेक्शन को कस्टमाइज़ कर सकते हैं। रूटिंग के लिए, हम अप्रयुक्त मार्ग के रास्ते में पड़े ट्रांजिस्टर को छोड़ देते हैं। विनिर्माण नेतृत्व समय लगभग दो सप्ताह है।

चैनल कम गेट ऐरे

सी)। संरचित गेट ऐरे

इस प्रकार के गेट सरणी में एक एम्बेडेड ब्लॉक के साथ गेट सरणी पंक्तियाँ होती हैं जैसा कि ऊपर देखा गया है। संरचित गेट सरणी में सीबीआईसी की उच्च क्षेत्र दक्षता है। नकाबपोश गेट सरणी की तरह इनमें कम लागत और तेजी से बदलाव होता है। यहाँ एम्बेडेड फ़ंक्शन का निश्चित आकार संरचित गेट सरणी पर एक सीमा बनाता है। उदाहरण के लिए, क्या यह गेट ऐरे में 32k बिट कंट्रोलर के लिए आरक्षित क्षेत्र है, लेकिन यदि किसी एप्लिकेशन में हमें केवल 16k बिट कंट्रोलर के लिए एक क्षेत्र की आवश्यकता होती है, तो शेष क्षेत्र बर्बाद हो जाता है। गेट सरणी में दो दिन से दो सप्ताह तक का समय होता है और सभी ने इंटरकनेक्ट को अनुकूलित किया है।

संरचित गेट ऐरे

प्रोग्रामेबल ए.एस.आई.सी.

दो प्रकार के प्रोग्रामेबल ASIC हैं। वे पीएलडी और एफपीजीए हैं

PLDs (प्रोग्रामेबल तर्क उपकरण)

ये मानक कोशिकाएं आसानी से उपलब्ध हैं। हम आवेदन के एक हिस्से को अनुकूलित करने के लिए एक पीएलडी कार्यक्रम कर सकते हैं, इसलिए उन्हें एएसआईसी के रूप में माना जाता है। हम PLD प्रोग्राम करने के लिए विभिन्न तरीकों और सॉफ्टवेयर का उपयोग कर सकते हैं। इनमें लॉजिक कोशिकाओं का एक नियमित मैट्रिक्स होता है जो आमतौर पर फ्लिप-फ्लॉप या लैचेस के साथ प्रोग्रामेबल एरे लॉजिक होता है। यहां इंटरकनेक्ट्स एक बड़े ब्लॉक के रूप में मौजूद हैं।
PROM इस IC का एक सामान्य उदाहरण है। EPROM, MOS ट्रांजिस्टर को इंटरकनेक्ट के रूप में उपयोग करता है इसलिए उच्च वोल्टेज को लागू करके हम इसे प्रोग्राम कर सकते हैं। PLD में कोई अनुकूलित लॉजिक सेल या इंटरकनेक्ट नहीं है। इनमें एक तेज़ डिज़ाइन टर्नअराउंड है।

प्रोग्रामेबल तर्क उपकरण

FPGAs (फील्ड प्रोग्राम गेट ऐरे)

जहां PLD में लॉजिक सेल के रूप में प्रोग्रामेबल एरे लॉजिक होता है एफपीजीए गेट सरणी जैसी व्यवस्था है। PLDs FPGAs की तुलना में छोटे और कम जटिल होते हैं। इसके लचीलेपन और विशेषताओं के कारण, FPGA प्रतिस्थापित कर रहा है टीटीएल माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में। डिज़ाइन टर्नअराउंड केवल कुछ घंटों का है।

क्षेत्र में प्रोग्राम की जा सकने वाली द्वार श्रंखला

कोर में प्रोग्रामेबल बेसिक लॉजिक सेल्स होते हैं जो दोनों को परफॉर्म कर सकते हैं दहनशील और अनुक्रमिक तर्क । हम लॉजिक सेल्स को प्रोग्राम कर सकते हैं और कुछ तरीकों का उपयोग करके इंटरकनेक्ट कर सकते हैं। बेसिक लॉजिक सेल्स प्रोग्रामेबल इंटरकनेक्ट के मैट्रिक्स से घिरे होते हैं और कोर प्रोग्रामेबल I / O सेल्स से घिरा होता है।

FPGA में आमतौर पर विन्यास योग्य तर्क ब्लॉक, विन्यास I / O ब्लॉक, प्रोग्रामेबल इंटरकनेक्ट, क्लॉक सर्किटरी, ALU, मेमोरी, डिकोडर शामिल होते हैं।

हमने विभिन्न प्रकार के एएसआईसी उपलब्ध देखे हैं। अब यह समझते हैं कि निर्माण के दौरान ये सभी अनुकूलन और अंतर्संबंध क्या हैं।

एप्लीकेशन स्पेसिफिक इंटीग्रेटेड सर्किट (ASIC) डिजाइन फ्लो

ASIC को डिजाइन करना चरणबद्ध तरीके से किया जाता है। चरणों के इस क्रम के रूप में जाना जाता है ASIC डिजाइन बहे। डिजाइन प्रवाह के चरण नीचे दिए गए प्रवाह चार्ट में दिए गए हैं।

ASIC डिजाइन प्रवाह

डिजाइन प्रविष्टि: इस चरण में, VHDL, Verilog और System Verilog जैसी हार्डवेयर विवरण भाषाओं का उपयोग करके डिज़ाइन के माइक्रोआर्किटेक्चर को लागू किया जाता है।
तर्क संश्लेषण: इस चरण में उपयोग किए जाने वाले तर्क कोशिकाओं के एक नेटलिस्ट, इंटरकनेक्ट के प्रकार और आवेदन के लिए आवश्यक अन्य सभी भागों को एचडीएल का उपयोग करके तैयार किया जाता है।
सिस्टम विभाजन: इस चरण में, हम एएसआईसी के आकार के टुकड़ों में बड़े पैमाने पर आकार को विभाजित करते हैं।
प्री-लेआउट सिमुलेशन: इस कदम पर, एक सिमुलेशन परीक्षण यह जांचने के लिए किया जाता है कि डिजाइन में कोई त्रुटि है या नहीं।
मंजिल योजना: इस चरण में नेटलिस्ट के ब्लॉक को चिप पर व्यवस्थित किया जाता है।
प्लेसमेंट: इस कदम पर ब्लॉक के अंदर कोशिकाओं का स्थान तय किया जाता है।
रूटिंग: इस चरण में, कनेक्शन ब्लॉक और कोशिकाओं के बीच खींचे जाते हैं। निष्कर्षण: इस कदम पर, हम प्रतिरोध के मूल्य और इंटरकनेक्ट के समाई मूल्य जैसे विद्युत गुणों को निर्धारित करते हैं।
पोस्ट-लेआउट सिमुलेशन: निर्माण के लिए मॉडल प्रस्तुत करने से पहले यह अनुकरण यह जांचने के लिए किया जाता है कि सिस्टम इंटरकनेक्ट के भार के साथ ठीक से काम करता है या नहीं।

ASIC के उदाहरण हैं

ASIC की विभिन्न विशेषताओं को जानने के बाद अब हम ASIC के कुछ उदाहरण देखते हैं।
मानक सेल आधारित ASIC: एलसीबी लॉजिक कंपनी से एलसीबी 300k, 500k, SIG1, 2, ABB Hafo Inc., GCS90K के GCS प्लेसी के 3 परिवार।
गेट ऐरे उत्पाद: हैरिस सेमीकंडक्टर से AUA20K, नेशनल सेमीकंडक्टर्स से SCX6Bxx, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स से TGC / TEC परिवार।
PLD उत्पाद: पाल माइक्रो एडवांस्ड डिवाइसेस का परिवार, फिलिप्स सेमीकंडक्टर्स से गाल परिवार, XC7300 और XILINX से EPLD।
FPGA उत्पाद: XC2000, XC3000, XC4000, XILINX से XC5000 श्रृंखला, क्विकलीक का pASIC1, एलटरटा से MAX5000।

ASIC के अनुप्रयोग

ASIC की विशिष्टता ने इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण के तरीके में क्रांति ला दी है। इनका घनत्व कम होने के साथ-साथ इनका आकार घटता गया तर्क द्वार प्रति चिप। एएसआईसी आमतौर पर उच्च-स्तरीय अनुप्रयोगों के लिए पसंद किए जाते हैं। ASIC चिप का उपयोग उपग्रहों, ROM निर्माण के लिए IP कोर के रूप में किया जाता है, microcontroller और चिकित्सा और अनुसंधान क्षेत्रों में विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोग। ASIC के ट्रेंडिंग एप्लिकेशन में से एक बिटकॉइन माइनर है।

बिटकॉइन खान

क्रिप्टोक्यूरेंसी के खनन के लिए बड़ी शक्ति और उच्च गति वाले हार्डवेयर की आवश्यकता होती है। एक सामान्य उद्देश्य CPU उच्च गति पर ऐसी उच्च कंप्यूटिंग क्षमता प्रदान नहीं कर सकता है। ASIC बिटकॉइन खनिक चिप्स विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए मदरबोर्ड और में निर्मित चिप्स हैं बिजली की आपूर्ति , एक एकल इकाई में निर्मित। यह बिटकॉइन माइनिंग के लिए चिप स्तर पर एक जानबूझकर डिज़ाइन किया गया हार्डवेयर है। ये इकाइयां केवल एकल क्रिप्टोकरेंसी के एल्गोरिथ्म को निष्पादित कर सकती हैं। संभवतः क्रिप्टोक्यूरेंसी के एक अलग प्रकार के लिए, हमें एक और खनिक की आवश्यकता होती है।

एएसआईसी के लाभ और नुकसान

ASIC के फायदे निम्नलिखित को शामिल कीजिए।

• • ASIC का छोटा आकार इसे परिष्कृत बड़े सिस्टम के लिए एक उच्च विकल्प बनाता है।

• • एकल चिप पर निर्मित सर्किट की एक बड़ी संख्या के रूप में, यह उच्च गति अनुप्रयोगों का कारण बनता है।

• • ASIC में बिजली की खपत कम है।

• • चूंकि वे चिप पर सिस्टम हैं, सर्किट साइड में मौजूद हैं। इसलिए, विभिन्न सर्किटों को जोड़ने के लिए बहुत कम राउटिंग की आवश्यकता होती है।
  • ASIC के पास कोई समयावधि और पोस्ट-प्रोडक्शन कॉन्फ़िगरेशन नहीं है।

ASIC के नुकसान निम्नलिखित को शामिल कीजिए।

• • जैसा कि ये अनुकूलित चिप्स हैं, वे प्रोग्रामिंग के लिए कम लचीलापन प्रदान करते हैं।

• • चूंकि इन चिप्स को रूट स्तर से डिज़ाइन किया जाना है, इसलिए वे प्रति यूनिट उच्च लागत के हैं।
  • ASIC के पास मार्केट मार्जिन के लिए बड़ा समय है।

ASIC बनाम FPGA

ASIC और FPGA के बीच अंतर में निम्नलिखित शामिल हैं।

इस प्रकार, यह सब एक अवलोकन के बारे में है विशिष्ट एकीकृत परिपथ आवेदन । ASIC के आविष्कार से इलेक्ट्रॉनिक्स के इस्तेमाल के तरीके में जबरदस्त बदलाव आया है। हम विभिन्न अनुप्रयोगों के रूप में अपने दैनिक जीवन में एएसआईसी का उपयोग करते हैं। आपके पास ASIC के कौन से अनुप्रयोग आए हैं? आपने किस प्रकार के ASIC के साथ काम किया है?