CIRCUITO APLICADO DE APLICACION ESPECIFICA

Circuito integrado de aplicación específica

Un Circuito Integrado para Aplicaciones Específicas (o ASIC, por sus siglas en inglés) es un circuito integrado hecho a la medida para un uso en particular, en vez de ser concebido para propósitos de uso general. Se usan para una función específica. Por ejemplo, un chip diseñado únicamente para ser usado en un teléfono móvil es un ASIC. Por otro lado, los circuitos integrados de la serie 7400 son circuitos lógicos (combinacionales o secuenciales) que se pueden utilizar para una multiplicidad de aplicaciones. En un lugar intermedio entre los ASIC y los productos de propósito general están los Productos Estándar para Aplicaciones Específicas, o ASSP por sus siglas en inglés.

Con los avances en la miniaturización y en las herramientas de diseño, la complejidad máxima, y por ende la funcionalidad, en un ASIC ha crecido desde 5.000 puertas lógicas a más de 100 millones. Los ASIC modernos a menudo incluyen procesadores de 32-bit, bloques de memoria RAM, ROM, EEPROM y Flash, así como otros tipos de módulos. Este tipo de ASIC frecuentemente es llamado Sistema en un Chip, o SoC, por sus siglas en inglés. Los diseñadores de ASIC digitales usan lenguajes descriptores de hardware (HDL), tales como Verilog o VHDL, para describir la funcionalidad de estos dispositivos.

Las FPGA (Field Programmable Gate Arrays, matriz de puertas programables) son la versión moderna de los prototipos con puertas lógicas de la serie 7400. Contienen bloques de lógica programable e interconexiones programables que permiten a un modelo de FPGA ser usada en muchas aplicaciones distintas. Para los diseños más pequeños o con volúmenes de producción más bajos, las FPGAs pueden tener un costo menor que un diseño equivalente basado en ASIC, debido a que el costo fijo (el costo para preparar una línea de producción para que fabrique un ASIC en particular), es muy alto, especialmente en las tecnologías más densas, más de un millón de dólares para una tecnología de 90nm o menor.

Historia[editar]

Los primeros ASIC utilizaban tecnología de matriz de puertas. Ferranti fabricó tal vez la primera matriz de puertas, la ULA (Uncommitted Logic Array o Matriz lógica no fija), alrededor de 1980. El diseño a la medida se realizaba al variar la máscara de interconexión metálica. Las ULAs tenían complejidades de hasta algunos miles de puertas. Las versiones posteriores fueron más generalizadas, con moldes base configurados tanto por las capas metálicas como polisiliconicas. Algunos moldes base incluían elementos de RAM.

Diseño basado en Celdas Estándares (Standard Cell)[editar]

A mediados de 1980, un diseñador elegía a un fabricante de ASIC, y luego implementaba el diseño utilizando las herramientas provistas por ese fabricante en particular. A pesar de que existían herramientas de diseño provista por terceros, no había un enlace efectivo entre éstas y los procesos productivos de los fabricantes. Una solución a este problema, que además permitió aumentar la densidad de los ASIC, fue la implementación de Celdas Estándares. Cada fabricante de ASIC creaba bloques funcionales con características eléctricas conocidas, tales como los tiempos de propagación, capacitancias e inductancias, que podían ser representadas en las herramientas desarrolladas por terceros. El diseño basado en Celdas Estándares es el uso de estos bloques funcionales para alcanzar densidades de puertas muy altas, y un buen desempeño eléctrico. Este tipo de diseño se ubica entre diseño de Matriz de Puertas, y el diseño hecho totalmente a la medida, en término de los costos fijos y de fabricación de cada unidad.

Hacia finales de 1980, estuvieron disponibles las herramientas de síntesis lógica, tales como el Design Compiler. Estas herramientas podían compilar descripciones HDL en una lista de nodos al nivel de puertas. Esto dio paso a un estilo de diseño llamado Diseño basado en Celdas Estándares. Este tipo de diseño contempla las siguientes etapas conceptuales, aunque en la práctica estas etapas se traslapan significativamente.

Estos pasos, llevados a cabo con el nivel de habilidad común en la industria, casi siempre producen un dispositivo final que implementa correctamente el diseño original, a menos que se introduzcan fallas al nivel físico de fabricación.

1. Un equipo de ingenieros de diseño comienza con la compresión no formal de las funciones requeridas por el ASIC a diseñar, usualmente derivada del análisis de requerimientos.

2. El equipo de diseño construye una descripción del ASIC para alcanzar estos objetivos, utilizando un HDL. Este proceso es similar a escribir un programa computacional en un lenguaje de alto nivel. Este usualmente es llamado el diseño RTL (Register Transfer Level).

3. La validez del diseño es verificada a través de una simulación. Un sistema virtual, implementado a nivel de software puede simular el desempeño de los ASIC a velocidades equivalentes de mil millones de instrucciones por segundo.

4. Una herramienta de síntesis lógica convierte el diseño RTL en un gran conjunto de elementos de bajo nivel, llamados Celdas Estándares. Estos elementos son tomados desde una biblioteca, que consiste en una colección de puertas precaracterizadas (tales como NOR de 2 entradas, NAND de 2 entradas, inversores, etc.). Las celdas estándares usualmente son específicas para el fabricante del ASIC. El conjunto resultante de Celdas Estándares, junto a la interconexión de ellas, es llamado la lista de nodos a nivel de puertas.

5. La lista de nodos es luego procesada por una herramienta de posicionamiento, la cual ubica las Celdad Estándares en una región que representa el ASIC final. Esta ubicación está sujeta a un conjunto de restricciones. En ocasiones se utilizan técnicas avanzadas para optimizar el posicionamiento.

6. La herramienta de ruteo toma la ubicación física de las celdas, y utiliza el listado de nodos para crear las conexiones eléctricas entre ellas. La salida de esta etapa es un conjunto de fotomáscaras, con las que el fabricante producirá los circuitos integrados.

7. Se puede hacer una estimación bastante precisa de los retardos finales, las resistencias y capacitancias parásitas y del consumo de energía. Estas estimaciones son usadas en la ronda final de pruebas. Estas pruebas demostrarán que el dispositivo funcionará en los rangos de temperatura y voltaje extremos. Cuando estas pruebas finalizan, la información de las fotomáscaras en entregada para la fabricación del chip.

Estos pasos de diseño son también comunes al diseño de un producto estándar. La diferencia significativa es que el diseño con Celdas Estándares utiliza la biblioteca

...