為何都盯上了ASIC？

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來源：內容編譯自allaboutcircuits。

瞭解專用積體電路如何幫助公司利用其關鍵 IP 並使自己與使用現成 IC 的競爭對手區分開來。

現成的積體電路 (IC) 為電子系統設計師帶來諸多優勢。其中最顯著的優勢就是便捷性。供應商透過提供評估板和其他支援，讓設計人員能夠輕鬆地構建解決方案原型並推向市場。但這種便捷性是有代價的：它使得在對客戶至關重要的指標（例如功率效率、功能和尺寸）上進行差異化變得更加困難。

基於現成IC的評估板提供了一條潛在的快速量產途徑。然而，基於這些現成產品的解決方案不可避免地會具有趨同的功能集。系統設計人員針對特定感測器和顯示器、應用的計算需求或最適合目標用例的電源轉換策略進行最佳化的機會有限。

這些侷限性正變得越來越明顯。使用者如今希望利用機器學習等技術，並部署功耗極低的系統，使其在使用壽命內只需一次電池充電。通用IC意味著這些使用者必須應對固定的效能範圍和工作模式，以及只能透過韌體修改或外部混合訊號電路進行細微改變的電氣特性。這些外部電路還會增加生產硬體的總成本。

定製 ASIC：釋放差異化

定製專用積體電路 (ASIC) 可以避免在整個系統設計中使用現成矽片的陷阱。藉助定製硬體，設計人員可以更全面地最佳化系統。

例如，針對機器視覺演算法定製的硬體加速器可以顯著提高資料吞吐量並降低能耗。這是因為硬體加速功能可以取代許多軟體指令。透過節省基於通用微處理器的演算法所需的記憶體和暫存器之間的資料移動，吞吐量可以以更低的功耗顯著提升。

藉助 ASIC，應用程式開發人員可以向硬體設計團隊提供實用的見解，從而進一步增強功能。例如，可以提供有關如何在不使用時最佳地切斷各個單元電源的資訊。在許多情況下，儘管通用 IC 具有廣泛的電源門控支援，但控制單元何時進入超低功耗狀態的演算法必須謹慎應用，以確保睡眠模式不會影響功能。

除了增強了針對應用調整硬體的能力外，定製矽片還為防止抄襲設定了一道強大的屏障。由於物料清單 (BOM) 依賴於標準 IC，競爭對手可以輕鬆確定系統的組裝方式。即使解決方案中的處理器支援程式碼加密，由於 IC 供應商提供的許多功能都是其軟體開發套件的一部分，因此對系統進行逆向工程也未必會造成巨大的障礙。

從 ASIC 中恢復網表需要進行更為廣泛的分析，並且需要能夠逐層剝離器件的裝置。即便如此，抄襲者仍然需要擁有足夠的資源來理解網表與系統功能之間的關係。他們還必須能夠訪問自己的定製 IC 設計資源來複制它。

成熟節點 ASIC：零成本定製

ASIC 不必包含所有甚至大多數設計功能。通常，透過新增具有戰略意義的重要功能來補充大眾市場 IC，定製矽片可以獲得顯著的優勢。除其他優勢外，這種有針對性的設計還有助於降低製造複雜性和物料清單規模。

例如，一個設計採用了目錄BLE IC，並搭配定製的130 nm ASIC用於模擬和電源管理。為了確保長期靈活性，該ASIC指定了雙介面（例如I2C、SPI、GPIO和電源管理模組），以便能夠與多家供應商的BLE IC相容。這滿足了模擬BLE、Arm核心和快閃記憶體的需求，而無需在高階節點上進行全面整合的高昂成本。

公司通常會透過專注於系統的感測器介面或電源轉換電路來巧妙地利用基於ASIC的改進。在許多情況下，這使得他們能夠將多個分立元件整合成一個部件。將模擬訊號調節、數字訊號處理和通訊介面整合到單個ASIC中，可以實現感測器裝置的小型化，使其能夠適應狹小的空間。針對特定電機的定製開關模式策略可以讓無人機在一次充電後飛行更長時間。

這種方法無需像多核處理器和其他先進數字裝置供應商那樣採用成本更高、更尖端的工藝技術。物聯網 (IoT)、工業控制器和汽車控制子系統等裝置都需要更高的電壓和模擬整合度，而這些要求遠遠超出了尖端工藝所能提供的原始門數。

180 nm 和 130 nm 等成熟的 CMOS 節點足以滿足目標協處理器的效能需求，並且能夠直接支援許多感測器和電源控制裝置所需的電壓。採用最新的 10 nm 以下工藝製造的 IC 對類比電路的支援效率低下，而且成本高得多。一套典型的 180 nm 掩模版的成本很容易就達到 5 萬美元左右，而尖端工藝的成本則高達數百萬美元。

全面的設計套件包含經過驗證的儲存器、IO 和標準數字邏輯功能 IP 庫。此外，我們還提供豐富的代工廠或第三方 IP，用於模擬前端和通訊介面，進一步降低設計風險並縮短產品上市時間。成熟的節點具備穩健的良率和易於理解的設計規則，兼具定製優勢、低風險特性和成本結構，支援廣泛的應用。

從定製到競爭優勢

在廣泛使用的商用矽片侵蝕利潤並削弱品牌獨特性的時代，成熟節點的 ASIC 提供了一個變革的槓桿。由於定製 ASIC 不需要對系統架構採取“全有或全無”的做法，使用者可以專注於利用其最重要的智慧財產權，並沿著競爭對手使用現成器件無法實現的差異化方向進行差異化。

由於 ASIC 方法的優勢，我們值得問自己以下問題：