专用集成电路
面向特定应用的集成电路称为专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuits，ASIC)，是指除通用的微电子系统——存储器系统和微处理器系统、74系列通用集成电路等以外，其他的集成电路或系统，它是从20世纪80年代发展起来的。ASIC按用途分，可分为标准专用集成电路和定制专用集成电路。标准专用集成电路是专门为某一特定用途而设计的集成电路，如彩色电视机电路、钟表电路、电话机电路等。在VLSI领域，信号处理方面的专用集成电路非常多。例如，电话线的编码一译码器，它包含模拟信号处理、A/D转换和D/A转换功能。标准专用集成电路有较大的批量。如电话机电路的年需求量可达一千万块。定制专用集成电路是专门为某一用户设计的，其特点是品种多4而批量小。现在有一种习惯，即将标准专用集成电路归类到通用集成电路，而将定制专用集成电路称为ASIC。ASIC按制造方法区分，可分为全定刮(Full-Custom)、半定制(Semi-Custom)和可编程器件三类。全定制ASIC芯片的各层掩模都是按照特定电路功能专门制造的。门阵列半定制ASIC的单元电路是用预制的门阵列作成的，只有芯片上的接触孔、互连线、通孔是按照电路的功能专门设计制造的。可编程器件（包括FPGA、EPLD等）不需要制作任何掩模，用户可以用开发工具按照自己的设计对可编程器件进行编程，以实现特定的功能。ASIC按照设计方法分，也可分为全定制PLH10AN2211R5P2B设计方法、半定制设计方法（门阵列、标准单元和可编程器件）等。全定制设计方法，主要是基于晶体管级的芯片设计，芯片中的全部器件及互连线的版图都是按照系统要求进行人工设计的，尽量达到密度高、速度快、面积小和功耗低的要求，因此批量生产时经济性好，但是设计开发时间长，设计费用高。只有对于大量生产的通用IC或对性能有特殊要求的电路才适合采用全定制方法。但是随着硅编译技术的发展和设计自动化程度的不断提高，EDA工具提供了大量的精心设计好的标准化单元，使得全定制设计方法得到越来越广泛的应用。CMOS模拟集成电路的设计，目前基本上也属于全定制方式。半定制设计方法的特点是以预先设计及验证荜元为基础，将它们排列连接成阵列，实现所需要的功能。这种以单元为基础的设计技术主要有：①门阵列；②标准单元；③可编程逻辑器件。半定制主要适合于开发周期短、开发成本低、投资小、风险小的小批量数字电路设计。基于门阵列的设计方法是在预先制定的具有晶体管阵列的基片或母片上通过掩模互连的方法完成专用集成电路设计。门阵列芯片上通常具有固定的晶体管阵列，固定的输入／输出(I/O)压焊块位置，固定的连线通道宽度及位置。只需要设计连接图形（单层或多层布线）即可实现所需要的功能。门阵列有预先设计与验证过的单元存于单元库。标准单元采用预先设计和验证的单元，互相排列及互连成为所需要的功能，每个单元的版图均有相同的高度，但宽度不同。布线通道的宽度可以变化。用门阵列设计的ASIC中，只有上面几层用作晶体管互连的金属层由设计人员用全定制掩模方法确定，这类门阵列称为掩模式门阵列(MaskedGateArray，MGA)。门阵列中的逻辑单元称为宏单元，其中每个逻辑单元的基本单元版图相同，只有单元内以及单元之间的互连是定制的。客户设计人员可以从门阵列单元库中选择预先设计和预定特性逻辑单元或宏单元进行定制的互连设计。门阵列主要适合于开发周期短、开发成本低的小批量数字电路设计。可编程集成电路主要是指PLD和FPGA，由于用户可以反复地编程、擦除、使用，并且在外围电路不动的情况下可灵活实现不同的功能，所以，不论在整机的研制阶段还是在生产阶段，PLD/FPGA均被大量使用，以保持整机系统的及时性、先进性。PLD依架构及密度分成两类，即密度较低的SPLD(SimpleProgrammableLogicDevice)与密度较高的CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)。SPLD产品目前以通用阵列逻辑(GenericArrayLogic，GAL)为主，采用CMOS的设计技术、EEPROM的工艺制程。CPLD较SPLD具有较高的密度，管脚数较多，也采用CMOS设计技术，制程采用EPROM、EEP-ROM、Flash筹方式，具备系统频率高、非挥发性的特点；其具有能多次烧录的特性及具有固定的延迟。现场可编程门阵列（FieldProgrammableGateArray，FPGA）采用不同于PLD架构的设计方式，拥有较高的密度，具有管脚数多、容量高、功耗低等优点，然而其布线(Routing)复杂，易导致时序延迟，且呈非固定式，延迟时间(TimeDelay)较长。FPGA的架构主要有SRAMBase及Anti-fuse两种设计模式，其中SRAMBase特点是可重复烧录(Reprogram-mable)、低功耗、可进行在线重构；Anti-fuse由于具有一次烧录(OTP)的特性，可提供较好的保密性，但也因此无法进行重复修改。“编程”技术是指用以生成FPD用户可编程转换的物理技术。其最常用的技术有熔丝型、反熔丝型、EPROM晶体管、EEPROM晶体管或SRAM单元型。熔丝型连接器件与家用电器的保险丝相类似，加大电流会直接改变其电性能；反熔丝连接是在两层金属之间有一条非晶硅通道。在未编程状态时，非晶硅是绝缘体，其阻值大于lGfl，但用户可以对该器件输入加大电流（约20mA）的信号，以对反熔丝连接进行编程；这种编程电流信号，使绝缘的非晶硅变成导电的多晶硅。熔丝和反熔丝技术都是人们所熟知的一次性可编程(OTP)技术，因为一旦对其完成了编程，就无法恢复原状态，也不能再改变。与半定制门阵相比，由于FPGA是标准产品，具有许多优点：①不需要初始投资；②不需要提前制造；③无库存风险；④不需要测试矢量，因为FPGA在出厂时已经全面测试过了；⑤模拟工作费时较少；⑥设计周期缩短；⑦开发风险小。所以FPGA可以在任何数字系统中应用，如计算机和数据处理系统、通信设备、雷达、声纳、医疗电子设备、测试仪器等。随着国防科技的发展，军用电子设备的更新换代加快，对高可靠性、高水平FPGA的需求量逐年增加。目前PLD/FPGA供货商全部来自美国公司，主要是Xilinx、Altera、Lattice、Actel、Atmel等，其中以Xilinx和Altera的市场占有率最大，是最大的可编程集成电路供货商。唯一提供军品级CPLD器件的Lattice公司，其ispLSIlOOOd等系列产品在军品CPLD市场上占有极高的份额。Actel公司一直是反熔丝技术FPGA的领先供应商，是军品级和宇航级器件的主要供应商。(4)系统集成芯片随着半导体集成电路技术的发展，lC设计者能够将越来越复杂的功能集成到单个硅芯片。片上系统(SoC)正是在集成电路(IC)向集成系统(IS)转变的大方向下产生的。从猿义角度讲，它是信息系统的芯片集成，是将系统集成在一块芯片上；从广义角度讲，SoC就是一个微小型系统，如果说CPU是大脑，那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。SoC的出现使集成电路发展成为集成系统，整个电子整机的功能将可以集成到一块芯片中。在不久的将来，集成电路与电子整机之间的界限将被彻底打破。SoC就是将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器（或片外存储控制接口）集成在单一芯片上。它通常是客户定制的(CSIC)，或是面向特定用途的标准产品(ASSP)。SoC是面向特定用户的、能最大限度满足嵌入式系统要求的芯片，因而具有很多优势：能极大改善功耗开销、可减少印刷板上部件数和管脚数、减少板卡失效的可能性、有利于板卡的性能改善（由于片内连线缩短）、降低风冷要求、减少系统开发商成本，尤其适合数字化产品开发，如手持设备、信息家电等。
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