平台化ASIC

平台化ASIC( Platform ASIC)是一種各項特性表現皆介於FPGA與ASIC間的訂產型晶片，一類新推出的產品，其套用目標是減少上市時間和降低設計成本。從日漸增多的相應新設計可以看出，平台化ASIC前景一片光明。

基本介紹

• 中文名：平台化ASIC
• 外文名：Platform ASIC
• 目標：減少上市時間和降低設計成本
• 前景：一片光明
• 產品：基於陣列、單元加PLD、單元
• 作用：填補了FPGA和基於單元IC之間空白

概述

專用積體電路平台將流行開來，在2007年以前，它將使每年新ASIC設計項目啟動數量升至1000項以上(0.8的機率)。帶處理器核的現場可程式門陣列(FPGA)在21世紀的頭10年末將占到全部FPGA設計數的1/3以上(0.7的機率)。

平台化ASIC是從以往推出的ASIC產品自然演化而成的一種技術。業界的技術平台已經從門演化至單元(cell)、到多核、再到今天的平台，在平台技術中，幾乎一半的晶片都已經預先確定而且經過了驗證，構成一個很大的組成模組。它是微電子行業針對縮短上市時間、降低設計成本等要求而給出的解決方案，其方法正是設法實現高水平的設計復用。

隨著工藝技術從0.18mm轉向0.13mm和90nm，ASIC設計成本已經比原先的水平增加了一倍以上，這使得大批用戶放棄了傳統的ASIC產品。傳統的、基於單元的ASIC，其總設計成本，包括掩膜成本和工程開發時間在內，從1000萬美元上升到了1500萬美元。因此，如果要讓ASIC技術繼續在小型和中規模系統中找到套用的話，就必須採取一定的措施。ASIC供應商已經給出了這一問題的答案：一族稱為平台化ASIC的新型ASIC產品，其中的一些產品有時亦稱為結構化ASIC。平台化ASIC極大地降低了設計成本，使之能作為一種經濟的解決方案，套用於器件收入僅有150萬美元的設計中。

平台化ASIC市場填補了傳統的FPGA和基於單元的IC之間的空白，FPGA公司也希望從這一新興的市場上分到自己的一份，已經針對它推出了為數眾多的新產品。平台化ASIC現在處於產品推廣的早期階段，正等待市場的接受，但這些產品的未來一片光明，因為對於能夠縮短上市時間和降低設計成本的解決方案來說，市場時機已經成熟。

產品的界定

ASIC平台，是一種通過將預先定義好的智慧財產權(IP)嵌入器件的方法、使得將近一半的晶片部分都可以 預先確定下來而且經過驗證的產品形式——用戶只需對器件的一部分進行定製開發即可。

雖然現在業內採用“結構化ASIC”(structured ASIC)一詞，但我們相信它的外延過於狹隘，主要在論及基於陣列的平台產品時才使用。我們更願意使用“平台化ASIC”一詞，來涵蓋基於陣列的平台、基於單元加PLD核的平台和基於單元的平台等3種產品。

產品分析

每一種類型的產品在市場上都有其價值，最終將由用戶來對每一種產品進行評估，並選出最符合其套用具體要求的產品。在選擇產品時，需要在很多因素間進行折衷取捨，包括性能、裸片尺寸、設計成本、上市時間和解決方案的總成本等，具體的方式取決於套用涉及的產品個數以及總價值。例如，基於陣列的平台是針對整個生存期中收入可達100萬到1500萬美元的設計。基於單元的平台則瞄準整個生存期中收入在1500萬以上的高性能設計。

基於陣列的平台

基於陣列的平台這一概念出現已經有10多年了，一般被稱為“嵌入式陣列”(embedded array)。LSI Logic是首家提供將大存儲器模組嵌入到陣列中的嵌入式陣列產品的公司，但它們發現這種產品並不成功。問題在於：每個客戶所希望的存儲器的大小並不相同，過大的、固定的存儲模組將帶來額外開銷過高的問題，而這意味著成本的上升。積體電路裸片面積，亦稱為Silicon real estate，在10年前是決定器件成本的一個關鍵因素。時代已經變了。隨著今天器件複雜程度的增加，影響成本的關鍵無疑已經變為設計工程師的薪水和掩膜版的費用。矽片製造的成本已大為降低——現在少量的未被使用的裸片面積幾乎是不值錢的。由於系統的壽命期更短，上市時間已經愈發變得重要。

與基於單元的產品相比，基於陣列的平台可以縮短上市時間，而且讓設計成本保持在相對較低的水平上，因為基於陣列的平台所需的自定製掩膜版數目更少，而設計的復用程度大為提高。設計者只需對最終的金屬層掩膜版進行自定製開發，所以採用0.13mm技術時典型的掩膜版更換成本為10萬美元，相比之下，基於單元的IC平台的全套掩膜版更換成本高達65萬美元。在90nm技術下，掩膜版費用的差異更大，因為一整套掩膜版的成本將超過130萬美元。

很多廠商—包括LSI Logic、NEC、AMI Semiconductor、Fujitsu、Chip Express以及最近加入的Altera—已經推出了基於陣列的平台。LSI Logic是行動最為積極的廠商之一，極力推銷其RapidChip產品。LSI Logic在吸引新設計方面取得了實在的成果。LSI Logic開始是採用一個針對核心產品的更通用的平台方法，現在已經轉向專門針對具體套用的方法，產品一開始針對存儲套用的產品，現在則針對通信和消費類套用。很有可能出現的情況是，客戶開始開發自己的“定製平台”，而讓某家廠商，如LSI Logic，來製造。NEC 也從基於陣列的平台技術上獲取了成功。它躋身於為數不多的幾家既看到數量不少的新設計(報導的設計超過了20項)、又交付了數量頗多的產品且產量不斷上升的公司行列。

AMI推出了一項有趣的產品，它充分強調了“低成本”的特點。AMI用Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) 的0.18mm工藝製造圓片基礎，而設法在自己的加工廠中用0.25_m的金屬互聯按具體要求進行加工。Fujitsu是較新進入市場的一家供應商，已經開發了類似FPGA的一種獨特的體系結構，它的整個器件布滿了重複的標準邏輯模組，客戶用最終的金屬掩膜層完成其互連。Chip Express力推與眾不同的、稱為“信息攢錢罐(Memory Pig)”的產品，它帶有大量嵌入式記憶體。Altera是最新加入該市場的廠商，它帶來了HardCopy，該產品已經廣泛引起了人們的很大興趣，而且基於它出現了多項設計。Altera實現了從其高密度Stratix FPGA產品直接到以掩膜進行編程的部分的無縫過渡，從而可以免去可程式邏輯互聯，於是大大降低了器件的成本。

基於單元加PLD核的平台

人們很長時間以來一直夢想著能將一個FPGA核嵌入到一個ASIC中，但從未曾實現。很多廠商都試圖實現這種產品，但沒有一家獲得過成功。LSI Logic和FPGA核供應商Adaptive Silicon是最早幾家力推這一概念並試圖開發出相應產品的公司之一，但它們遇到了很多困難，最終退出了該市場，其他PLD核供應商，如Actel和Leopard Logic，也積極推銷這一概念並開發出了產品，但它們發現自己也不能培育出市場，於是改變了它們的戰略發展進程。

設計流程和成本是各家公司所遭遇的主要問題。FPGA設計流程不同於ASIC，LSI Logic等公司發現，將它們融為一體需要完成的工作量極為繁重。不過，在把第一代產品展示給潛在的客戶時，成本才是主要關心的問題。FPGA核占據了過多的晶片面積，所以從成本上來說是不可行的。

如今，3家公司正在開發的有影響的產品只有兩種。雖然這些公司總共只有3家，不過它們可是大企業，不可等閒視之。IBM(領先的ASIC供應商)和Xilinx(領先的FPGA供應商)已經聯手開發了一件採用90nm技術的產品。STMicroelectroncis 是其中的第3家公司，在ASIC和專用化標準產品(ASSP)銷售額總和方面是業界的領袖。這些公司有很好的機會去開發基於單元加PLD核的平台，將其塑造成規模可觀的市場。由於它們是各自市場的領導者，IBM和Xilinx無疑對設計流程有很好的理解，因此很有可能它們能解決遇到的設計流程方面的問題。至於主要的成本問題，所有過去的嘗試都是基於0.13mm以上的工藝。IBM和Xilinx研究了成本問題，相信它們能讓90nm和90nm以下的工藝標準成為一種經濟的設計方案。系統公司正在探求這類器件的多種用途，包括解決晶片－晶片間通信問題、適應不斷變化的標準以及修正晶片體內的功能錯誤，而且最終器件也可以用於可定義的處理套用。

基於單元的平台技術

基於單元的平台技術方面的新設計，雖然其預期的數量會很低，但每項設計的收入將高得驚人。大的系統公司正在設法生成各公司專有的平台，這些平台可以用於多方面的大批量市場，每項設計的收入將超過5000萬美元。系統公司們可以獲得大量的、常常嵌入到器件中的功能，然後通過改變整套掩膜的辦法根據每項套用的情況對晶片的某一部分進行專門定製。雖然這並不象基於陣列的平台方法那樣節省掩膜版的費用，但它卻能以最小的晶片面積提供最高性能的產品。與傳統的基於單元的IC產品相比，它能縮短上市時間，降低總的設計費用，因為它的設計復用比例很高。

在提供基於單元的平台技術的公司中，IBM和Texas Instruments是兩個範例，預計以後更多的公司亦將跟進。IBM是基於單元的IC市場上的領導者，已經開發出一種稱為“CCP”的基於單元的平台。這種產品瞄準了客戶希望能縮短上市時間和降低設計成本的大批量和高性能產品市場。Texas Instruments提供了一種基於單元的、稱為“OMAP”平台產品，它針對無線通信市場。種類繁多的基於單元的平台正在進入市場，故這方面的市場形勢很難跟蹤。很大一部分傳統的基於單元式IC的市場將轉移到平台化方法上來，因為它能保證更短的上市時間和更低的成本。