ASIC-piirit

ASIC2.jpg
ASIC-piirit ovat integroituja piirejä (IC), jotka ovat optimoitu tiettyyn käyttötarkoitukseen sopivaksi. Lyhenteen yleisin suomennos lienee Sovelluskohtainen mikropiiri [1] . Tämä on melko kuvaava nimitys, sillä tietylle sovellukseen suunniteltua ASIC-piiriä ei (yleensä) voi käyttää mihinkään muuhun käyttötarkoitukseen.



Nykyisissä ASIC-piireissä voi olla jopa 100 miljoonaa loogista porttia [2] . Jokainen looginen portti sisältää vähintään yhden transistorin, mutta loogisen portin funktiosta ja toteutustavasta riippuen niitä on usein 2-4 per portti (kts. Logiikkapiiri) . Voidaankin siis sanoa, että ASIC piireissä on useita satoja miljoonia transistoreja. Transistorien määrä näyttäisi noudattavan Mooren "lakia", eli niiden määrä kaksinkertaistuu joka toinen vuosi .[3]


Valmistus


ASIC-piirit valmistetaan, kuten kaikki mikropiirit, piikiekolle. Samalla siihen integroidaan kaikki transistorit, vastukset, kondensaattorit ja kelat. ASIC-piirit eroavat kuitenkin muista mikropiireistä siinä, että myös niiden toimintaa on valmistuksen jälkeen mahdotonta muuttaa. Mikroprosessorin ja ohjelmoitavan logiikan toimintaa voidaan ohjata siihen tarkoitukseen suunnitelluilla ohjelmilla (mm. HEW mikroprosessorille sekä Quartus ohjelmoitavalle logiikalle).

Valmis piikiekko t estataan, paloitellaan ja eri piirit erotetaan toisistaan. Seuraavaksi piirit koteloidaan ja testataan tarvittaessa uudestaan [4] . Aikaisemmin piirit koteloitiin keraamiseen materiaaliin, mutta nykyään usein muoviin (kts. kuva yllä). Itse piiri mahtuisi paljon pienempäänkin koteloon, mutta sitä olisi hankalampi käsitellä. Piiri voi keskustella ulkomaailman kanssa jalkojensa avulla, jotka ovat kahdessa rivissä. Jalkojen välinen etäisyys on usein 0.1 tuumaa eli 2.54 mm ja rivien välinen etäisyys 0.3 tuumaa eli 7.62 mm. Piiri voidaan juottaa piirilevylle suoraan, mutta väliin voidaan laittaa myös välikappale, ns. IC-kanta. Tällöin kanta juotetaan kiinni levylle ja piiri vain asetetaan kantaan.[5]

Edut ja haitat


ASIC-piirin suunnittelu on aina sovelluskohtainen. Siksi valmis piiri on pienempi kuin muilla tekniikoilla toteutettaessa ja soveltuu hyvin pienikokoisiin laitteisiin, kuten sykemittareihin ja kännyköihin. Pienempi piiri on myös halvempi valmistaa, eikä se sisällä mitään turhia ominaisuuksia. Tosin piirin suunnittelun ja muiden kertaluontoisten kulujen hinnaksi voi tulla miljoonia dollareita[6] . Siksi pienillä valmistusmäärillä käytetään yleensä FPGA-piirejä.

ASIC-piirin ehdottomiin heikkouksiin kuuluu myös sen hitaus vastata markkinatilannetta. Tuotteen tilaamisesta voi kulua yli vuosi suunnittelua ja valmistelua, ennen kuin sitä voidaan edes aloittaa valmistamaan. Tähän ongelmaan on kehitetty jo 80-luvulla VHDL-piirinkuvauskieli tekemään piirien suunnittelusta modulaarisempaa (VHDL = very-high-speed integrated circuit hardware description language). Tämä vähentää huomattavasti piirin suunnitteluun kuluvaa aikaa, ku n voidaan ottaa valmiiksi suunniteltuja ja testattuja osasia.[7]

Mikäli piirin sisäinen toiminta halutaan salata ja laiton kopioiminen estää, käytetään ASIC-piirejä. Tämä siksi, että pienuutensa ansiosta piirin sisäistä rakennetta on hyvin vaikea saada selville katsomalla sitä. Vaikka joku joskus saisikin sen kuvattua, täytyisi kopioijalla olla tuotantolaitos piiriä valmistamaan. Ohjelmoitavan logiikan laiton kopiointi on helpompaa, koska piiri löytyy valmiina kaupasta. Pitää ainoastaan ohjelmoida se oikein.

ASIC-piiri HM4801A-04


Tämä ASIC-piiri on suunniteltu soittamaan joulumelodiaa. Sen kanta juotetaan varta vasten suunnitellulle piirilevylle, johon myös kaikki muut komponentit juotetaan. Sitten ASIC-piiri voidaan asettaa kantaan ja kytkeä paristot sisäänmenoon. Piiri tarvitsee käyttöjännitteekseen 4.5V. Sen se saa kolmesta puolentoista voltin paristosta, jotka kytketään sarjaan piirin sisäänmenoon. Tämän jälkeen painetaan kytkimestä ja ASIC-piiri alkaa ohjaamaan kaiuttimen toimintaa. Kuvasta alla näkyy kytkentäkaavio koko järjestelmälle. Se ei näytä kovin monimutkaiselta, koska suurin osa toiminnallisuudesta on integroituna ASIC:ille.

Kuvasta (yllä) nähdään, että piiri on pakattu 16 jalkaiseen DIP16 (dual in-line package) pakettiin ja että jalkoja 1, 6, 13, 14 ja 15 ei käytetä. Tämä on tehty siksi, ettei 11 jalkaisia DIP-paketteja ole saatavilla. Sitä, miksei piiriä ole koteloitu esim. 14 jalkaiseen koteloon, ei voi tietää.

HM4801A-04 soittaa siis joululauluja. Niitä myydään kuluttajille ja niiden myynti on hyvin sesonkimaista. Piiriä voidaan käyttää esimerkiksi laulavassa joulukortissa, mutta silti sen myyntimäärä on melko pieni.

joulusavelma.jpg


  1. ^ http://fi.wikipedia.org/wiki/ASIC viitattu 30.1.2010
  2. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Application-specific_integrated_circuit viitattu 30.1.2010
  3. ^ http://fi.wikipedia.org/wiki/Mooren_laki viitattu 30.1.2010
  4. ^ http://fi.wikipedia.org/wiki/Mikropiiri viitattu 30.1.2010
  5. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Integrated_circuit_packaging viitattu 30.1.2010
  6. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Application-specific_integrated_circuit viitattu 30.1.2010
  7. ^ Tomi Alanen, Uudelleenkäytettävät lohkot ASIC-piireillä, diplomityö vuonna 1997