المجموعات

تطوير تصميم وتخطيط ASIC

تطوير تصميم وتخطيط ASIC

يمكن أن يكون إنتاج الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيق ASIC مكلفًا للغاية. نتيجة لذلك ، من الضروري التأكد من أن عملية تصميم وتطوير ASIC تتم بطريقة منطقية ومسيطر عليها.

يجب مراقبة كل مرحلة من مراحل عملية تصميم وتطوير ASIC بعناية واتخاذ الاحتياطات اللازمة لضمان أن تصميم ASIC النهائي يلبي المتطلبات ويعمل بشكل مرض في تطبيقات العالم الحقيقي.


مراحل تصميم وتطوير ASIC

هناك عدة مراحل في الدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيق ، تصميم ASIC. يجب القيام بكل منها بشكل صحيح لأن تصحيح الأخطاء لاحقًا في العملية يصبح أكثر تكلفة بشكل تدريجي. من الناحية المثالية ، يجب أن تتضمن عملية التطوير جميع المراحل المطلوبة ، ويجب إكمال كل مرحلة بشكل مرض قبل الانتقال إلى المرحلة التالية. غالبًا ما يتم استخدام شركة متخصصة خارجية لتقديم خدمة تصميم ASIC. وفقًا لذلك ، من الضروري التأكد من أن واجهة خدمة أو شركة تصميم ASIC تعمل بكامل طاقتها. تتمثل إحدى طرق القيام بذلك في التأكد من صحة عملية تصميم ASIC.

متطلبات الالتقاط وبنفس الطريقة التي يُعد فيها تلبية المتطلبات جزءًا أساسيًا من أي تصميم للأنظمة ، ينطبق الأمر نفسه على تصميم ASIC. من الضروري أن يتم تسجيل جميع المتطلبات حتى يمكن ضبط التصميم بشكل صحيح. ستؤدي التغييرات في المتطلبات في مرحلة لاحقة إلى تغييرات في التصميم ستكلف مبلغًا كبيرًا للتنفيذ.

النمذجة في هذه المرحلة من تطوير ASIC ، من الضروري تصميم الوظائف عالية المستوى لتصميم ASIC لضمان اتباع النهج الصحيح. تتم هذه النمذجة عادةً في برنامج ، غالبًا بلغة C أو لغة مشابهة. في بعض الظروف ، من الممكن استيراد مخطط كتلة الدائرة إلى أداة التصميم لتمكين نمذجة ASIC.

أحد المجالات المهمة جدًا لنمذجة ASIC في هذه المرحلة هو التأكد من دمج عناصر الاقتطاع والتقريب بشكل صحيح. يمكن أن يؤدي أي عدم تطابق إلى حدوث مشكلات كبيرة لاحقًا في التصميم قد يصعب تحديد موقعها وتصحيحها.

اختيار حزمة ASIC يخضع اختيار الحزمة الخاصة بـ ASIC لعدد من العوامل. من الواضح أن عدد التوصيلات المطلوبة له تأثير كبير ، وكذلك تأثير تبديد الحرارة المتوقع. تتطلب المستويات الأعلى من تبديد الحرارة حزمة يمكنها نقل الحرارة من السيليكون بشكل فعال للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن عملية التصنيع المتوقعة للدائرة التي سيتم دمج ASIC فيها سيكون لها تأثير أيضًا. أخيرًا ، سيؤثر بائع السيليكون ASIC على اختيار الحزمة. سيقدم بائعو ASIC المختلفون حزمًا مختلفة. وفقًا لذلك ، سيكون الاختيار النهائي هو التوازن بين جميع المتطلبات.

يمكن اختيار الحزم المتاحة لـ ASICs من عدد من الحزم المألوفة المستخدمة للدوائر المتكاملة واسعة النطاق وتشمل:

  • حزمة مسطحة رباعية (QFP) - على الرغم من أن هذه الحزم كانت شائعة وتوفر مستوى عالٍ من الاتصال ، إلا أنها ليست قوية ويمكن إتلافها بسهولة. يتم ثني المسامير بسهولة قبل اللحام على اللوحة المستهدفة ونتيجة لذلك يلزم التعامل بحذر شديد.
  • مجموعة شبكة الكرة (BGA) - غالبًا ما يكون هذا هو الحل المفضل الآن نظرًا لأن BGAs قوية ويمكن التعامل معها في معظم عمليات تصنيع SMT.

التقاط تصميم ASIC يمكن تحقيق التقاط التصميم لـ ASIC بعدة طرق. إحدى الطرق الأكثر وضوحًا هي التقاط تصميم ASIC من التخطيطي. تم استبدال هذه الطريقة ويتم تصميم التصميمات عادةً باستخدام أدوات التصميم التي تلتقط العمليات الحسابية المطلوبة وتحويلها إلى تمثيل الدوائر المطلوبة. هناك عدد من الأدوات التي يمكنها القيام بذلك بما في ذلك أدوات تصميم VHDL و Verilog. يمكن لهذه الأدوات التحكم في التصميم على كل من المستوى العالي أو المنخفض للتصميم. يتيح ذلك التحكم في تصميم ASIC وصولاً إلى السجل عن طريق التسجيل أو حتى مستوى البت.


تخطيط ASIC

يعد تخطيط ASIC مرحلة مهمة في التطوير. يعتمد مستوى تخصيص تخطيط ASIC على نوع ASIC المستخدم ، ولكن بالنسبة للتصميمات المخصصة الكاملة ، يكون تخطيط ASIC أكثر مرونة بكثير من الإصدارات الأخرى حيث قد لا يكون من الممكن تحديد عناصر كبيرة من التخطيط.

سيشمل تخطيط ASIC العديد من العوامل من القرب الأكثر ملاءمة لأقسام معينة من الدائرة وأوقات العبور ، إلى عدد التوصيلات التي يجب إجراؤها بين مناطق مختلفة. يتم تنفيذ تخطيط ASIC عادةً تحت سيطرة الكمبيوتر ، ولكن مع ذلك من الممكن وضع قيود على تخطيط ASIC لضمان تلبية بعض المعلمات الكهربائية.

محاكاة ومقارنة أسيك مع النمذجة بمجرد التقاط تصميم ASIC ، من الضروري التأكد من أن التصميم سيلبي متطلباته وأنه سيعمل بشكل صحيح. يتم إجراء مزيد من المحاكاة لتحقيق ذلك. يتم فحص تصميم ASIC مقابل نموذج البرنامج الذي تم إنشاؤه مسبقًا. لقد وجد أن العديد من الأخطاء المكتشفة في الدائرة المتكاملة النهائية هي أخطاء وظيفية يمكن غالبًا العثور عليها في هذه المراحل إذا كانت النمذجة تمثيلًا واقعيًا للهدف أو وظيفة ASIC المطلوبة. بالإضافة إلى ذلك ، يعد الفحص الدقيق للتوقيت أمرًا ضروريًا ، خاصة بالنسبة لتصميمات ASIC المخصصة الكاملة. يجب تنفيذ ذلك على مدى أكثر بقليل من نطاق درجة الحرارة المحدد ، ونطاق إدخال مصدر الطاقة وتغير العملية المتصور.

التحقق الرسمي أصبحت هذه المنطقة من دورة حياة تصميم ASIC ذات أهمية متزايدة في السنوات الأخيرة. مع التعقيد المتزايد لتصميمات ASIC ، أصبح من المهم إجراء تحقق رسمي لضمان صحة التصميم. تشمل الجوانب عمليات التحقق للتأكد من أن جميع المتغيرات داخل نموذج البرنامج محددة بشكل صحيح ، بالإضافة إلى التحقق من جوانب مثل انحراف الساعة ، والثبات بين مناطق مختلفة من تصميم ASIC. قابلية الاستقرار هي مشكلة تحدث عندما تتغير البيانات في نفس لحظة الساعة. إنه الاحتمال مقابل الوقت لتسوية بيانات المخرجات التي لا تستقر على الحالة المطلوبة إذا تغيرت بيانات الإدخال والساعة في نفس الوقت.

تقنيات اختبار ASIC بمجرد التصنيع ، من الضروري أن تكون قادرًا على اختبار جهاز ASIC. عادة ما يتم النظر في ثلاث تقنيات للاستخدام. الأول هو مسح الحدود ، JTAG ، IEEE1149.1. باستخدام هذه التقنية ، من الممكن التحقق من مناطق الإدخال / الإخراج ، وكذلك الدوائر الداخلية داخل الجهاز. ومع ذلك ، فإن مسح الحدود هو أسلوب تسلسلي وهو بطيء جدًا في فحص الكثير من الأجهزة المعقدة.

تستخدم التقنية الثانية ما يسمى بسلاسل الفحص. تستخدم هذه التقنية السجلات الموجودة من ASIC ، ولكن كل واحد يشتمل على مُضاعِف بين إدخال المسح والإدخال العادي. يمكن إعداد عدد من السلاسل ، لكل منها مدخلين وسلسلة إخراج. يتم إنشاء متجهات الاختبار للمدخلات وباستخدامها يمكن تحليل المخرجات واكتشاف أي أخطاء. يمكن إنشاء تسلسل إدخال سلسلة المسح الآلي وتحسينه لاختبار كل المنطق بين السجلات للتحقق من العقد التي قد تكون عالقة في حالة معينة ، أي 1 أو 0.

لتسريع عملية اختبار ASIC ، يمكن تنفيذ عدد من السلاسل ، وبالتالي تمكين إجراء الاختبار الموازي.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام BIST (الاختبار الذاتي المدمج). هذا مفيد بشكل خاص في مواقف مثل اختبار الرقائق التي تتضمن عناصر مثل SRAM والتي تستغرق وقتًا طويلاً للتحقق. غالبًا ما يبيع البائعون ما يسمى "ناقلات معلبة" لاختبار هذه العناصر. لأنها فعالة من حيث التكلفة من حيث مساحة السيليكون ووقت الاختبار. غالبًا ما تؤثر تقنية ومدى هذه المتجهات على اختيار البائع.

الاختبار المادي للنموذج الأولي ASICs عندما يتوفر النموذج الأولي المادي لـ ASIC من السيليكون ، فمن الضروري منحهم اختبارًا كاملاً ، بما في ذلك اختبار مع ASIC في الدائرة المستهدفة. ليس فقط من الضروري التحقق من تشغيلها ، ولكن بالإضافة إلى ذلك ، يتم إجراء فحوصات انتشار العملية لإعطاء إشارة إلى العائد المحتمل في الإنتاج. الهدف هو انتشار ضيق لا يقترب من تجاوز حدود الفشل.

من الممكن العثور على بعض المشاكل في هذه المرحلة. يمكن استخدام عدد من التقنيات للتحقيق في المشاكل. يعد فحص الحدود أحد الأدوات القوية ، ويمكن أيضًا إجراء فحوصات حول واجهة الدائرة الخارجية. كانت إحدى التقنيات التي تم استخدامها بنجاح هي التحقيق مباشرة في السيليكون ASIC نفسه. هذا غير ممكن في العادة الآن نظرًا لأحجام الميزات الصغيرة جدًا الشائعة اليوم.

هناك تقنيات أخرى تتمثل في التحقيق في الأعراض ومن ثم إنشاء فرضية يمكن اختبارها بعد ذلك مقابل محاكاة ASIC. يتيح ذلك محاكاة المشكلة الصحيحة ثم تصحيحها.

مراجعات دورة الحياة والتسليم للتصنيع كما هو الحال مع أي واجهة بين الإدارات أو المجالات المختلفة لفريق التطوير ، من الضروري التأكد من أن الواجهات تعمل بشكل مرض ، وأن جميع المعلومات المطلوبة يتم تمريرها بدقة. هذا ينطبق بشكل خاص على الواجهة مع بائع السيليكون حيث أنهم يشكلون شركة مختلفة وسيكون لديهم عمليات مختلفة يعملون من خلالها. لتحقيق ذلك ، يتم تسليم المعلومات من وإلى خدمة تصميم ASIC عادةً على أساس رسمي ، وغالبًا ما يتوقع بائعو السيليكون رؤية العديد من العناصر بما في ذلك نتائج التحقق لتصميم ASIC ، كجزء من هذا.


ملخص

إذا تم تنفيذ عملية تصميم ASIC بعناية ، فمن الممكن جني فوائد كبيرة جدًا من حيث تقليل تكلفة الوحدة وغالبًا تحسينات في الأداء. ومع ذلك ، إذا دخلت الأخطاء في العملية ، يمكن أن تزيد تكاليف التطوير حيث يلزم إجراء المزيد من التكرارات لتصميم ASIC وعملية التطوير. وفقًا لذلك ، هناك حاجة إلى العناية لضمان تحقيق تطوير ASIC بنجاح.


شاهد الفيديو: Floor Plan Design TUTORIAL (ديسمبر 2021).