ASIC设计流程：什么是ASIC设计？

ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路的缩写）是一种专用型集成电路，其经过精心设计，可在电子系统中执行特定功能或一组功能。与微波或电视盒等日常电子设备中的通用微处理器不同，ASIC专门为特定应用量身定制，可提供业界领先的效率和性能。

ASIC涵盖多种电子产品，最大限度地减少了对外部电子电路的需求。由于ASIC专门为特定应用量身定制，因此其开发可能会产生更高的成本。不过，如果是为大批量产品定制ASIC，这其实可能是合理的，甚至被认为是低成本的。

ASIC设计主要有两种方法：

• 门阵列（半定制设计）
• 全定制设计

其中，半定制设计又细分为几种类型。ASIC的分类如下所示：

有时，可编程ASIC被视为是独立于半定制ASIC的类型。其它ASIC分类如下所示：

全定制设计：全定制方法更复杂且成本高昂，但其功能远多于门阵列方法。由于设计仅包含必要的门和电子器件，并且删除了未使用的门，因此ASIC的尺寸会显著减小。这些ASIC专为特定用途而设计，并支持最终产品中的特定功能。

半定制ASIC：该方法包括预定义扩散层、晶体管和其它有源器件，以最大限度地减少初始设计工作，从而降低非重复性工程成本。  由于采用了金属化工艺，其生产周期显著缩短，与全定制设计相比，这是一种速度相对较快的工艺。在最终设计阶段，工程师会控制特定的开关，通过打开和关闭这些开关，以根据所需的功能引导芯片的行为。

基于标准单元的ASIC：此类ASIC使用被称为标准单元的预设计逻辑单元，例如门、多路复用器和触发器。标准单元采用全定制设计方法制造，是ASIC设计的基本构建块，用以确保相同的性能和灵活性，同时减少时间，降低风险。

基于门阵列的ASIC：在这类ASIC中，晶体管、逻辑门和其它有源器件在硅晶圆上被创建和制造，而在制造过程中不形成互连。在门阵列上预先设定的晶体管排列被称为基极阵列，形成门阵列的最小重复单元被称为基极单元。这种方法具有多种优势，包括缩短周转时间、提高逻辑密度和定制接触层。

可编程ASIC：此类ASIC，可以于制造后在硬件级别进行编程。与为特定应用定制设计和制造的传统ASIC不同，可编程ASIC能够提供一定程度的灵活性和重新编程。可编程逻辑器件（PLD）和现场可编程门阵列（FPGA）是可编程ASIC的最佳示例。 

ASIC广泛应用于各个行业，不同行业会利用该技术来实现各自独特的需求。以下是ASIC发挥关键作用的一些重要行业：

消费类电子：ASIC在消费类电子产品中无处不在，为智能手机、数码相机和智能电视等设备提供助力。其提供定制解决方案的能力可提高这些电子设备的整体性能和电源效率。

电信：ASIC也被应用于网络设备、路由器和通信设备。其定制设计特性可确保数据处理的最佳功能和速度。

汽车行业：ASIC为汽车行业做出了重大贡献，其被集成到各种系统中，如发动机控制单元（ECU）、高级驾驶辅助系统（ADAS）和信息娱乐系统等。

医疗：医疗设备、诊断设备和成像系统通常采用ASIC，以满足该行业对精度、可靠性和电源效率的严格要求。

设计ASIC是一个涉及多个阶段的精细化流程，每个阶段都有助于创建高度专业化的芯片。ASIC设计的关键阶段包括：

规格和要求：这是ASIC设计流程的第一个阶段，涉及在开始设计之前定义规格和要求，其中包括收集相关利益相关方的意见，并将总体产品规格转换为详细的技术规格。预期输出、性能目标、功耗目标以及其它基本参数，必须被明确列出。

架构设计：一旦规格就位，就可设计出ASIC的架构。这涉及确定整体结构、功能块的排列以及功能块之间的互连。工程师必须集思广益，并通过认真考虑性能影响、技术可行性和硬件资源来选择理想的方法，同时将总成本控制在指定的预算内。

RTL设计：寄存器传输级（RTL）设计涉及使用硬件描述语言（HDL）描述ASIC的功能。此阶段是抽象架构设计与物理实现之间的桥梁。

验证：该阶段，通过在测试台上对设计进行测试和仿真，可确保ASIC符合规定要求。该阶段对于识别和纠正任何设计缺陷或问题至关重要。

综合与实施：  在综合过程中，RTL代码被转换为门级网表，表示ASIC的物理实现。该网表被转化为布局，并且物理设计针对功耗、速度和面积等方面进行了优化。

签核与流片：完成物理布局后，下一步是根据代工厂建议的设计规则对物理设计进行验证。工程师执行布局与原理图（LVS）检查和设计规则检查，使用仿真工具在需要时对设计进行修改。该流程被称为签核。如果设计符合规定的设计规则，就会被流片并发送到代工厂进行制造。

制造：最后一步涉及使用半导体制造工艺制造ASIC。该步骤中，需要与能够生产定制设计芯片的半导体代工厂合作，而选择合适的代工厂有助于实现预期结果。

性能优化：ASIC经过精心设计，可在特定任务中表现出色，其仅具有用于实现其专用功能的基本电路。其简化的设计可提供卓越的性能和效率，在缩小尺寸和降低功耗方面超过了通用处理器。

电源效率：得益于定制特性，ASIC可消除不必要的组件，从而提高电源效率并降低能耗。

空间优化：ASIC可以根据特定的外形尺寸进行定制，从而在电子设备中实现空间高效的设计。

批量生产时成本效益高：尽管ASIC设计和制造的初始成本可能相当高，但由于没有冗余组件，因此在大批量生产时，其成本效益会显著提高。

提高性能和效率一直是电子行业的首要任务。ASIC“针对特定应用”的特性对整个行业的影响显而易见，其推动了创新并提升了电子设备的功能。为了使ASIC的设计流程更加高效、快速和低成本，需要明智地选择设计和仿真软件。随着芯片速度的提升和尺寸的减小，设计人员必须改进传统技术，并解决新出现的多物理场挑战。

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