简单认识专用集成电路

专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)是针对特定用途定制的集成电路。它与通用集成电路如 CPU、存储器、FPGA 等相比，更能按照应用需求设计并实现特定功能。现代 ASIC 通常包括微处理器、存储器（包括 ROM、RAM、闪存）和其他IP功能模块（如 PLL、LVDS、ADC、LDO等)，这样的 ASIC 也通常被称为 SoC。ASIC 中常见的 IP模块包括客户自有工具 (Customer- Owned Tooling, COT)模块。ASIC 大量应用于智能手机、计算机、通信设备、汽车电子等。常见的 ASIC 产品有高通的骁龙(Snapdragon800/600/400/200） 系列，海思半导体的麒麟（Kirin）系列，AMD 基于皓龙(Opteron）处理器的 A 系列 APU (CPU融合 GPU)，NVIDIA 的 GeForce 显卡系列等。

ASIC 与专用标准产品 (Application Specific Standard Product, ASSP) 本质是一致的，ASSP 是 ASIC 的一种更加通用的特例。ASSP 可作为现成的组件使用，例如独立的 USB 接口芯片，而ASIC 则是根据特定功能而开发的，通常专用在特定系统中。

ASIC 的主流设计流程是根据系统设计和规范 (System Design and Specification )进行架构设计，用硬件描述语言编写 RTL 代码并进行功能仿真 (Functional Simulation）和测试，通过综合(Synthesis） 优化并进行逻辑验证与可测性设计产生门级网表（Gate Level Netlist)，交付物理设计团队进行布局布线 (Place and Route）并满足时序（Timing） 等要求，通过物理验证和可制造性设计满足设计要求，进行签核 （Sign-Off) 后最终交付圆片厂生产。一个典型的 ASIC 设计流程如图2-29 所示。ASIC 的主流设计方式有全定制( Full Custom）和半定制(semi-Custom）两种，全定制是按照设计流程依次进行各个阶段的实现，半定制则是利用成熟的IP 设计实现特定功能。以存储器、标准单元库 （ Standard Cells）到复杂的 IP都已经有厂商提供多种解决方案。与 COT模式需要客户完全设计整个后端的流程相比，ASIC 利用已有平合节约了开发时间和研发成本。另外，结构化的ASIC (Structured ASIC)能够提高设计性能，降低一次性开支(Non-recuurence Expense,NRE）成本，同时具备 ASIC 和 FPGA 的特性，例们eASIC公司的产品模式。

随着半导体工艺线宽的缩小，在同样芯片面积上，ASIC 产品的晶体管数目增加、成本降低、性能提高。2012-2018 年全球半导体制造商可用于 ASIC产品生产的先进技术节点和相关工艺如图 2-30 所示。

ASIC 的发展离不开电子设计自动化 (Electronic Design Automation, EDA)软件的开发。这些软件工具包括系统设计与验证工具（如 Incisive、VCS 等）、数字综合与物理设计工具 （如 Innovus、Calibre 等）、电路设计与仿真工具（如HSpice、Spectre等）、PCB 设计软件（如 Sigrity Xpedition 等）。目前主要有Cadence、 Mentor Graphics（2017年被西门子合并）和 Synopsys三家 EDA 公司提供 ASIC 设计的各种工具方法和设计流程。

　　审核编辑：汤梓红