Was sind die praktischen Anwendungen von ASIC?

Mikrocontroller, FPGAs, ASIC (Application Specific Integrated Circuit) werden alle für ähnliche Arten von Anwendungen (auf verschiedenen Ebenen) verwendet. Ich kenne mich mit Mikrocontrollern und FPGAs aus. Aber was ist eigentlich ein ASIC? Es fällt mir schwer zu verstehen, warum wir all diese sehr ähnlichen Technologien haben.

Wir haben einen ASIC in einer Reihe von Produkten verwendet, in denen ein Mikrocontroller zu viel Strom verbraucht hat. Es war ein ziemlich einfaches Gerät, ein paar hundert Tore, und musste weniger als 100 nA statisch verbrauchen, was für Mikrocontroller zu dieser Zeit nicht möglich war. Der Preis war aufgrund der hohen Stückzahlen mit einem Mikrocontroller vergleichbar. Sie werden wahrscheinlich> 100 k / Jahr benötigen.

Ein FPGA hätte nicht nur viel mehr gekostet, sondern auch einen externen Code-Flash benötigt, der den bereits größeren Platzbedarf vergrößerte.

Wenn Sie versuchen, ein elektronisches System zu entwerfen, können Sie im Allgemeinen eine Vielzahl von technisch gültigen Lösungen aus einer Kombination von handelsüblichen Chips entwickeln, einschließlich programmierbarer Komponenten (µC, µP), analoger Komponenten und programmierbarer Logik (FPGA) , CPLD) und Erinnerungen.

Manchmal kann es interessant sein, nur die Funktionen, die Sie benötigen, in einen Chip für Ihre Anwendung (oder eine begrenzte Unterklasse von Anwendungen) zu integrieren, und genau das ist ein ASIC: eine Kombination aus analogen Funktionen, digitalen Funktionen, programmierbarer Logik und programmierbaren Funktionen Controller und verschiedene Arten von Speicher in einem einzigen Chip . Ein ASIC kann auch die einzig mögliche Lösung sein, wenn Ihr System eine hohe Energieeffizienz (z. B. niedrigster Joule / Betrieb) oder eine sehr hohe Leistung (z. B. niedrigste Latenz oder höchster Betrieb / Sekunde) erreichen muss.

Die Entwicklung von ASICs kostet viel (100.000 €, oft viel mehr), aber die Kosten für die Herstellung von Tausenden von Siliziumwafern nach der Erstinvestition sind gering (Cent bis Dutzende Cent pro Chip). Das Entwerfen, Überprüfen und Produzieren dauert mehrere Monate und erfordert eine sehr komplexe Methodik sowie unglaublich teure Entwicklungstools.

Aus diesem Grund werden sie für Anwendungen mit hohem Datenaufkommen (z. B. Unterhaltungselektronik) und für Anwendungen verwendet, bei denen Sie einen hohen Preis pro Chip verlangen können (z. B. Space-Hardware, Router für ISPs usw.).

Einige ASICs integrieren programmierbare Logik wie ein FPGA, und einige FPGAs integrieren anwendungsspezifische analoge Blöcke, sodass die Unterscheidung nicht immer einfach ist, aber im Allgemeinen gilt Folgendes:

• FPGAs sind als Standardprodukte erhältlich, ASICs jedoch nicht
• FPGA kostet 10-1000 € pro Stück, ASIC kostet 0,1-10 € pro Stück
• Entwicklungswerkzeuge für FPGA sind zugänglich, für ASIC kostet es ein Vermögen
• FPGA-Systeme können in Wochen entworfen werden, ASIC dauert Monate
• FPGAs sind weniger energieeffizient als ASICs, die auf Energieeffizienz ausgelegt sind
• FPGAs sind weniger leistungsfähig als ASICs, die auf Spitzenleistung ausgelegt sind
• FPGAs sind mit einer begrenzten Anzahl von analogen Funktionen erhältlich. ASICs können mit allen Arten von analogen Funktionen ausgestattet werden (für Energieverwaltung, Signalverarbeitung, Schnittstelle usw.).

ASIC ist eine integrierte Schaltung (IC), die auf eine bestimmte Verwendung zugeschnitten ist und nicht für die allgemeine Verwendung vorgesehen ist. Beispielsweise ist ein Chip, der für den Betrieb in einem digitalen Sprachaufzeichnungsgerät ausgelegt ist, ein ASIC. Field-Programmable Gate Arrays (FPGA) sind die moderne Technologie für den Bau eines Steckbretts oder Prototyps aus Standardteilen. Durch programmierbare Logikblöcke und programmierbare Verbindungen kann dasselbe FPGA in vielen verschiedenen Anwendungen verwendet werden. Bei kleineren Designs und geringeren Produktionsvolumina können FPGAs sogar in der Produktion kostengünstiger sein als ein ASIC-Design.

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ASICs sind in der Luft- und Raumfahrt von großem Nutzen. Da sie nicht vor Ort programmierbar sind, sind sie strahlungstoleranter. Dies ist im Allgemeinen für Weltraumanwendungen aufgrund der rauen Umgebung und für militärische Anwendungen wichtig, bei denen Hardware möglicherweise durch induzierte Strahlung betrieben werden muss.

Bei großen Volumina können ASICs tatsächlich billiger sein als FPGAs, beispielsweise bei Raketen mit hoher Produktionsrate.

Der Nachteil von ASICs ist, dass Sie die Logik, die in die Schaltung eingebrannt ist, richtig einstellen müssen, bevor Sie eine große Menge drehen. FPGAs werden häufig für die anfängliche Entwicklung verwendet, wobei ASICs relativ spät entwickelt werden, wenn die zugrunde liegende Logik solide ist.

ASICs sind anwendungsspezifische ICs, die für eine bestimmte Anwendung oder einen bestimmten Zweck entwickelt wurden. Ich würde sagen, dass so etwas wie der A6-Prozessor auf dem neuen Apple iPhone ein gutes Beispiel für einen ASIC wäre. Alles daran müsste von Grund auf neu entworfen werden, so dass im Allgemeinen die einmaligen Kosten oder die Forschungskosten, die damit verbunden sind, sehr hoch sind. Daher werden im Allgemeinen ASICs verwendet, wenn die ICs in sehr großen Mengen hergestellt werden sollen, so dass die Gesamtkosten für jeden IC sehr gering sind. Die Kosten für jeden IC sind gegeben durch

Kosten der einzelnen ICs = variable Kosten + (Einmalkosten / Volumen der ICs), wobei die variablen Kosten die Herstellungskosten der einzelnen ICs und die Einmalkosten der Betrag sind, der für die Entwicklung des ursprünglichen ICs aufgewendet wurde.

FPGAs sind jedoch ICs, die einem allgemeineren Zweck dienen und ab Lager erhältlich sind, wie bereits erwähnt. Dies ist jedoch nur dann eine billigere Option, wenn Sie einige ICs benötigen. Wenn man auf die Probe gestellt ist und dies nur dazu dienen soll, den Unterschied zu verstehen, kann ich sagen, dass die FPGA-Technik bei Verwendung des A6-iPhone-Prozessors und der offensichtlichen Anzahl von iPhones, die Apple verkauft, die FPGA-Technik wäre teurer für Apple im Vergleich zur ASIC-Methode. Sie könnten die letzte Aussage mit einer Prise Salz nehmen.