什麼是 Logic IC 和 ASIC:瞭解積體電路的差別

作者:Hightech   |   2019 / 01 / 08

文章來源:知識力   |   圖片來源:LaoLao


數位積體電路是目前積體電路市場最重要的部分,主要是所有的處理器,包括:中央處理器(CPU)、微處理器(MPU)、數位訊號處理器(DSP)、圖形處理器(GPU)、微控制器(MCU)都被歸類在數位積體電路,那麼數位積體電路除了處理器還有那些呢?

邏輯積體電路(Logic IC)

數位積體電路(Digital IC)又稱為「邏輯積體電路(Logic IC)」,主要是處理數位訊號(0 與 1)為主,依照產品特性可以分為下列兩大類,如<圖一>所示:

➤標準邏輯(Standard logic):使用電晶體 BJT(HBT)、CMOS、BiCMOS 排列組合形成組合邏輯閘 AND、NAND、OR、NOR、XOR、XNOR、NOT 等積體電路(IC),例如:CMOS 排列組合形成的 AND 閘標準邏輯,市場上著名的產品型號包括: 74AC 系列、74BC 系列(Bi-CMOS)、74HC 系列(CMOS)等。

➤特定應用積體電路(ASIC):英文念做 \`esik\,是指 IC 設計工程師針對「特定的應用需要」或「特定的客戶需要」而設計出來的積體電路(IC),例如:有客戶想要製作一隻電子雞,但是市面上並沒有這種具備電子雞功能的積體電路(IC),因此必須由 IC 設計公司特別針對這位客戶去設計,這顆特別針對這位客戶「特定的應用需要」而設計出來的積體電路(IC)就稱為「特定應用積體電路(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)」。

市場上有些積體電路(IC)是「廣泛應用」而非「特定的應用需要」或「特定的客戶需要」,例如:中央處理器(CPU)是由 Intel(INTC-US)自行設計與銷售,數位訊號處理器(DSP)是由德州儀器(TI, TXN-US)自行設計與銷售,這類產品使用者只能接受而很難要求供應商針對使用者的需要修改,另外還有隨機存取記憶體(SDRAM、DDR)與快閃記憶體(Flash)等,這類積體電路(IC)都是廣泛應用的就不屬於 ASIC。

圖一、數位積體電路的種類

此外,邏輯積體電路(Logic IC)依照邏輯特性又可以分為下列兩大類:

➤組合邏輯(Combinational circuit):沒有記憶體儲存資料,所以組合邏輯的輸出只受當時輸入的影響,前面介紹的邏輯閘 AND、NAND、OR、NOR、XOR、XNOR、NOT 等,以及較複雜的解碼器(Decoder)、編碼器(Encoder)、多工器(Multiplexer)、解多工器(Demultiplexer)、算數邏輯運算單元(ALU)等都是屬於組合邏輯。

➤循序邏輯(Sequential logic):含有記憶體儲存資料,所以循序邏輯的輸出與輸入前的狀態有關,而輸入前的狀態必須儲存在記憶體內,常見的例子包括:正反器(FF:Flip Flop)、計數器(Counter)、閂鎖器(Latch)等都是屬於循序邏輯。

特定應用積體電路(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)

特定應用積體電路(ASIC)又可以分為下列兩大類,如<圖一>所示:

➤全客製化積體電路(Full custom IC):由 IC 設計公司經過系統設計、邏輯設計、實體設計以後,交給 IC 光罩與製造公司進行光罩製作與晶圓製造,再交給 IC 封裝與測試公司進行封裝與測試後才完成可以銷售的積體電路(IC)。這種積體電路(IC)必須歷經 IC 設計、IC 光罩與製造、IC 封裝與測試才能完成,所以製作成本很高,一但決定要做,就一定要製作足夠的數量才划算;有點類似傳統印刷產業裏的「製版印刷」,因為製版費用很高,一但決定要製版印刷,就一定要印刷很大的數量才划算。

➤半客製化積體電路(Semi custom IC):事先由廠商將大部分的邏輯電路設計完成並且製作成積體電路(IC),再賣給 IC 設計公司或系統整合商(SI:System Integrator),由工程師依照需要完成最後的電路連線工作。這種積體電路(IC)都是由大量的 AND 閘與 OR 閘與電子式可抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)排列組合而成,IC 設計公司或系統整合商(SI)只要將這種製作好的半客製化積體電路(PLD、CPLD、FPGA)買來,再由工程師依照需要完成最後的電路連線工作,就完成可以銷售的積體電路(IC)了,不需要進行 IC 光罩與製造、IC 封裝與測試,因此成本較低可以少量製作。有點類似傳統印刷產業裏的「影印」,因為影印數量少的時候單價較低,如果影印的數量高達幾萬張,就要製版印刷才划算。

半客製化積體電路又可以分為可程式化邏輯元件(PLD:Programmable Logical Device)、複雜可程式化邏輯元件(CPLD:Complex Programmable Logical Device)、現場可程式化邏輯陣列(FPGA:Field Programmable Gate Array)、標準單元積體電路(CBIC:Cell based IC)等,如<圖一>所示,設計與製造的廠商多為國外大廠,例如:亞爾特(Altera)、賽靈思(Xilinx, XLNX-US)、萊迪斯(Lattice, LSCC-US)等公司。

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知識力》授權轉載

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