ASIC：为您量身定制的高速芯片设计

ASIC的全称是Application Specific Integrated Circuit，指的是供专门应用的集成电路芯片技术。ASIC是一种为应特定用户要求、为专门目的而设计的集成电路。在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强和成本降低等优点。

ASIC分为三种，一种是全定制，另一种是半定制，还有一种是可编程IC的ASIC。全定制设计意味着设计者需要设计电路里的所有基本结构，也就是需要设计者完成所有电路的设计，因此需要大量的人力物力，灵活性好，但开发效率低下。如果设计较为理想，全定制能够比半定制的ASIC芯片运行速度更快。半定制意味着可以使用库里的标准逻辑单元，设计时可以直接从库里调用基本门电路、加法器、比较器、数据选择器、存储器和总线等，甚至还可以调用一些系统级的模块，如乘法器、微控制器和IP核。有人会觉得以上描述的ASIC的特征怎么和SOC这么像。实际上，确实如此，现在的设计人员通常都把ASIC称作SOC。

历经几十年的发展，ASIC的设计方法和手段有了很大的变化，最初的时候采用的是全手工设计，发展到现在，已经可以实现全自动设计。ASIC的设计手段历经手工设计、计算机辅助设计、电子设计自动化及现场可编程等几个阶段。集成电路一般被制作在只有几百微米厚的圆形硅片上。每一个硅片的容纳数量能达到数百甚至上万个管芯。越是复杂的集成电路，其内部晶体管和连线的层数越多。最复杂的工艺大约由6层组成，这6层是由位于硅片内部的扩散层或离子注入层，以及6层位于硅片表面的连线层组成。

对于全定制的ASIC，它是利用集成电路的最基本设计步骤，从最底层开始，对集成电路中所有的元器件进行设计的一种方法。全定制设计可以实现面积的最小化、布线布局的最佳、功耗速度积的最优化。全定制能得到最好的电特性。一般来说，全定制的设计方法尤其适合于模拟电路、数模混合电路以及其他一些对速度、功耗、管芯面积、其他器件特性（如线性度、对称性、电流容量、耐压等）有特殊要求的场合，它也适合于在没有现成元件库的场合。毕竟，如果没有现成的元器件库可以调用，那只能使用全定制设计。全定制的特点就是：设计要求很高，设计周期很长，设计的成本很昂贵。

随着单元库和功能模块的丰富，全定制设计的方法用的人渐渐不太多了，逐步被半定制方法所替代。现在设计IC的时候，整个电路完全采用全定制设计的情况已经很少了。因为全定制设计要求考虑到很多方面，比如工艺条件、器件工艺类型、布线层数、材料参数、工艺方法、极限参数、成品率等因素。这意味着全定制设计需要相当的经验和技巧，设计人员需掌握各种设计规则和方法。但是毕竟新招募的工程师接触的都是集成开发，具备从底部开始设计能力的人也不会太多。随着一年又一年招募的只熟悉集成开发的新工程师的入职和一年又一年经验丰富的老工程师的退休，这一行的行业风格就会逐渐向新工程师的癖好发展，也就是越来越集成化，越来越非全定制化。(www.xing528.com)

半定制设计方法又分两种，一种是基于标准单元的设计方法，一种是基于门阵列的设计方法。将预先设计好的称为标准单元的逻辑单元，比如与或非门，多路选择器，存储器等，按照某种预先设计好的规则排列，与预先设计好的大型单元搭配，形成ASIC，这种方法叫作基于标准单元的ASIC。在预先制定的具有晶体管阵列的基片或母片上，采用掩膜互连的方法完成专用集成电路设计。这种方法叫作基于门阵列的设计方法。半定制的特点是开发周期短、开发成本低、投资风险小，适用于小批量数字电路设计。

利用可编程的集成电路如PROM、CPLD或FPGA等可编程电路或逻辑阵列编程，可得到ASIC。这种方法叫作可编程器件的ASIC设计。可编程器件的ASIC是专用集成电路发展的另一个非常有特色和有潜力的分支。它偏重的方向主要是偏向于软件设计编程，而很少涉及芯片制作工艺上的电路加工。

ASIC的设计方法的不同，决定着其设计成本也有很大的不同。全定制设计的开发周期最长，设计成本最贵，设计费用也是最高的，只适合于批量很大或者对产品成本不敏感的场合。半定制的设计成本显著低于全定制，但高于可编程器件ASIC，适合于有较大批量的ASIC设计。用FPGA设计ASIC的设计成本最低，进入门槛也最低，各公司新招募的工程师也最能接受这种设计方法。但是由于会使用到一些芯片，由于芯片的价格最高，所以这种设计方法只适合于小批量ASIC产品。半定制和FPGA形式是目前开发ASIC的基本设计方式。由于半定制的成本是FPGA形式的好几倍，意味着半定制ASIC必须显著走量，否则半定制ASIC的成本下不来。那么，对于一种产品究竟采用哪种设计方式呢？这就要结合到具体的量的大小、开发周期、预期利润和产品更新换代的时间等等因素。