作為現代電氣工程不可或缺的一部分，專用集成電路 (ASIC) 構成了一組多樣化的集成電路 (IC)，可幫助設計人員優化復雜的電子設備。

曾經有一段時間，分立元件（主要是電阻器、電容器、電感器、晶體管和二極管）足以滿足許多電氣設計項目的需要。如今，很少能看到一塊電路板沒有至少一個 IC，而且電路板上布滿各種形狀和尺寸的 IC 也很常見。IC 在現代電氣工程中的巨大普及與工程師可以輕松找到、評估、購買和實施的大量微芯片密切相關。然而，現成的 IC 有時無法提供通往優化解決方案的直接途徑，在這種情況下，工程師可能會考慮使用 ASIC。

什么是專用集成電路？定義專用集成電路

沒有關于 ASIC 確切含義的官方聲明，而且許多電子專業人士可能并不總是就 ASIC 到底是什么或特定組件是否應歸類為 ASIC 達成一致。盡管如此，我認為以下摘自舊版模擬對話（第 12 頁）的定義是 ASIC 的一個很好的起點：

[A]n 使用基于單元的技術為特定客戶、應用或市場設計的集成電路，其中必要的功能塊從單元庫中獲取、互連和模擬以提供所需的系統功能和性能水平。該定義不包括使用傳統“定制”設計技術設計的 IC。

該定義的第一部分——為特定客戶、應用或市場設計的IC——是對該術語的更廣泛且可能更普遍的理解。但是，定義的第二部分很有幫助，因為它將“ASIC”與簡單的“定制 IC”區分開來。如果 ASIC 與定制 IC 相同，為什么我們需要 ASIC 這個術語？

完整定義將 ASIC 標識為提供定制功能但不需要完全定制設計過程的 IC。相反，定制功能是通過類似于 PCB 設計的過程實現的。在繪制原理圖時，我們會從庫中取出元件并將它們互連，有時我們會通過仿真來驗證部分原理圖。對于 ASIC，設計人員從庫中獲取功能塊，將它們互連，并通過仿真驗證功能和性能。

例如，圖 1 顯示了一個 ASIC，它結合了標準數字信號處理器 (DSP)內核和客戶預期應用所需的附加電路。

圖 1.帶有 DPS 的示例 ASIC。圖片由 Wiki Commons 和 Pauli Rautakorpi 提供 [ CC by 3.0 ]

ASIC 中的“特定應用”是什么意思？

ASIC 中的“特定應用”一詞可能有些誤導。在當前的電氣工程用語中，“應用”通常是指電氣設備的實際用途。換句話說，電氣設備的應用回答了以下問題：什么樣的有用工作這個設備是用來執行的嗎？

例如，在他關于濾波器的介紹性文章中，Nick Davis 解釋說濾波器應用包括無線電通信、直流電源和音頻電子設備。這意味著濾波器電路在旨在實現無線通信、生成可靠電源電壓或再現高質量聲音的模塊或系統中很有用。

事實證明，專用集成電路通常并不特定于特定應用，或者至少它們不限于特定應用。例如，一個高度集成的數據轉換器 ASIC 可能主要是為醫學成像應用而設計的，但同樣的設備完全有可能同樣適用于工業視頻處理或多通道汽車傳感器網絡。我們甚至可以想到一些更通用的東西，例如片上系統 (SoC) ASIC，它最初是為智能手機設計的，但包含了足夠的功能，可以在各種應用中取得成功。

因此，我認為術語特定于任務的集成電路 (TSIC) 或特定于功能的集成電路 (FSIC) 會更準確。不過，TSIC和FSIC肯定不會像ASIC那樣順口溜。一般來說，ASIC 的設計使得一個芯片可以有效地執行特定的任務組合。即使特定應用程序最初需要這種任務組合，也可能存在各種其他應用程序，在這些應用程序中，這種 ASIC 將是現成 IC 的有效且理想的替代品。

ASIC 設計周期

即使借助單元庫中的功能塊，設計和驗證定制 IC 也不是一件容易的事。如果設計人員無法在現成的 IC 中找到所需的功能或性能，第一個解決方案通常是“繼續尋找”。如果困難仍然存在，可編程邏輯—— 現場可編程門陣列 (FPGA)或復雜可編程邏輯器件 (CPLD)——可能是一個合理的選擇。

在制造單個芯片之前，ASIC 開發可能需要數月甚至數年的勞動力和數百萬美元的一次性工程 (NRE)成本。因此，對于具有苛刻性能要求的大批量項目，管理層通常可以證明 ASIC 開發所涉及的時間和金錢是合理的。如果體積足夠大，ASIC 實際上可以在經濟上變得有利。總體生產成本降低，因為組件和組裝成本的降低足以補償攤銷 ASIC 開發成本的增加。圖 3 中可以看到一個示例細分。

圖 2.此圖比較了基于 ASIC 的開發成本與基于可編程邏輯的開發成本。如您所見，隨著產量的增加，ASIC 方法最終實現了更低的總生產成本。圖片由Numato 實驗室提供

下面的列表傳達了 ASIC 設計項目的主要部分。

• 系統要求和其他相關約束用于制定 ASIC 的規范。
• 規范為創建高級架構設計提供了框架。
• 高層架構被實現為低層邏輯。與 FPGA 和 CPLD 一樣，硬件描述語言（VHDL和Verilog）已成為 ASIC 設計的重要工具。
• 該設計經過測試以驗證功能和時序。
• 邏輯設計必須轉化為物理布局。
• 驗證物理布局后，項目就可以進行流片和制造了。
• 成功制造和封裝后，ASIC 可以進行電氣測試并集成到原型中進行實驗室和現場測試。

圖 3.示例 ASIC 圖。圖片由英特爾提供

此圖傳達了英特爾和谷歌開發的 ASIC 的高級架構。它是“云和通信服務提供商”的“可編程網絡設備”。

總而言之，ASIC 是高性能和大容量電子設備的重要補充，這些電子設備無法使用現成的組件進行優化設計。