O que é um ASIC: Circuito Integrado Específico do Aplicativo

Uma visão geral ou tutorial dos fundamentos do ASIC, Application Specific Integrated Circuit, suas vantagens e desvantagens e os tipos básicos disponíveis.

Circuitos integrados de aplicação específica ou ASICs são, como o nome indica, circuitos integrados não padronizados que foram projetados para um uso ou aplicação específica. Geralmente, um projeto ASIC será realizado para um produto que terá uma grande produção, e o ASIC pode conter uma grande parte da eletrônica necessária em um único circuito integrado. Como se pode imaginar, o custo de um design ASIC é alto e, portanto, eles tendem a ser reservados para produtos de alto volume.

Apesar do custo de um projeto ASIC, os ASICs podem ser muito econômicos para muitos aplicativos em que os volumes são altos. É possível adaptar o design ASIC para atender aos requisitos exatos do produto e usar um ASIC pode significar que muito do design geral pode estar contido em um circuito integrado e o número de componentes adicionais pode ser significativamente reduzido. Como resultado, eles são amplamente utilizados em produtos de alto volume, como telefones celulares ou outros aplicativos semelhantes, geralmente para produtos de consumo onde os volumes são maiores ou para produtos comerciais amplamente utilizados.

Os primeiros Circuitos Integrados de Aplicação Específica (ASICs) tradicionalmente abordavam apenas funções lógicas. Agora, os designs ASIC de sinal misto podem incorporar funções analógicas (incluindo RF) e lógicas. Esses ASICs de sinal misto são particularmente úteis para criar um sistema completo no chip, SoC. Aqui, um sistema ou produto completo é integrado em um chip e praticamente nenhum outro componente é necessário. Isso torna um projeto ASIC de sinal misto uma proposta muito atraente para muitas aplicações.

Começos ASIC

O início do ASIC pode ser rastreado até o início dos anos 1980. Nessa época, os CIs estavam começando a causar um grande impacto na indústria eletrônica. Tendo em vista as vantagens que os CIs ofereciam e o número limitado disponível, algumas tentativas foram feitas para criar chips lógicos que pudessem ser facilmente direcionados para uma aplicação específica. Uma iniciativa inicial realizada pela Ferranti, uma empresa sediada no Reino Unido, usou o que foi chamado de ULA (Uncommitted Logic Array). Este esquema forneceu a personalização variando a máscara de interconexão de metal.

Os primeiros ULAs continham apenas alguns milhares de portas, mas as versões posteriores tinham maiores níveis de flexibilidade e usavam matrizes de base diferentes personalizadas por camadas de metal e polissilício. Em alguns casos, os elementos RAM foram incorporados ao ULA básico.

A partir desses desenvolvimentos iniciais, vários tipos diferentes de ASIC foram desenvolvidos. Agora, muitos ASICs são muito complicados e alguns são ASICs de sinal misto que incorporam circuitos analógicos e digitais.

Noções básicas de ASIC

O desenvolvimento e fabricação de um projeto ASIC incluindo o layout ASIC é um processo muito caro. Para reduzir os custos, existem diferentes níveis de customização que podem ser utilizados. Isso pode permitir que os custos sejam reduzidos para projetos em que grandes níveis de personalização do ASIC não são necessários. Essencialmente, existem três níveis de ASIC que podem ser usados:

• Gate Array     Este tipo de ASIC é o menos personalizável. Aqui as camadas de silício são padrão, mas as camadas de metalização que permitem as interconexões entre diferentes áreas do chip são personalizáveis. Este tipo de ASIC é ideal quando é necessário um grande número de funções padrão que podem ser conectadas de uma maneira particular para atender a um determinado requisito.
• Célula padrão     Para esse tipo de ASIC, a máscara tem um design personalizado, mas o silício é composto de componentes de biblioteca. Isso proporciona um alto grau de flexibilidade, desde que as funções padrão sejam capazes de atender aos requisitos.
• Design customizado completo     Este tipo de ASIC é o mais flexível porque envolve o design do ASIC até o nível do transistor. O layout ASIC pode ser adaptado aos requisitos exatos do circuito. Embora ofereça o mais alto grau de flexibilidade, os custos são muito mais altos e leva muito mais tempo para ser desenvolvido. Os riscos também são maiores, pois todo o design não foi testado e não foi construído a partir de elementos de biblioteca que foram usados ​​anteriormente.

Os designs ASIC oferecem uma solução muito atraente para muitas aplicações de alto volume. Eles permitem que quantidades significativas de circuitos sejam incorporadas em um único chip. Se os circuitos tivessem sido montados usando chips proprietários, seriam necessários componentes adicionais e, portanto, área de placa. Os custos de fabricação seriam maiores. Com volume suficiente, os chips personalizados, na forma de ASICs, oferecem uma proposta muito atraente. Além dos aspectos de custo, os ASICs também podem ser usados ​​às vezes porque permitem a criação de circuitos que podem não ser tecnicamente viáveis ​​usando outras tecnologias. Eles podem oferecer velocidade e desempenho que não seriam possíveis se componentes discretos fossem usados. Ao desenvolver um ASIC, muitas vezes é necessário contratar outra empresa especializada para fornecer o serviço de design ASIC.