¿Qué es una aplicación?

Jun 20, 2023

Hubo un tiempo en el que los componentes discretos (principalmente resistencias, condensadores, inductores, transistores y diodos) eran suficientes para muchos proyectos de diseño eléctrico. Hoy en día, es raro ver una placa de circuito que no tenga al menos un CI, y no es inusual ver placas llenas de CI de diversas formas y tamaños. La enorme popularidad de los circuitos integrados en la ingeniería eléctrica moderna está estrechamente relacionada con la amplia gama de microchips que los ingenieros pueden encontrar, evaluar, comprar e implementar fácilmente. Sin embargo, los circuitos integrados disponibles en el mercado a veces no proporcionan un camino directo hacia una solución optimizada y, en tales casos, los ingenieros pueden considerar un ASIC.

No existe una declaración oficial sobre el significado exacto de un ASIC, además es posible que muchos profesionales de la electrónica no siempre estén de acuerdo sobre qué es exactamente un ASIC o si un componente en particular debe clasificarse como un ASIC. No obstante, creo que la siguiente definición, tomada de un número antiguo de Analog Dialogue (p. 12), es un excelente punto de partida sobre lo que es un ASIC:

[Un] circuito integrado diseñado para un cliente, aplicación o mercado específico que utiliza técnicas basadas en celdas, donde los bloques funcionales necesarios se toman de una biblioteca de celdas, se interconectan y simulan para proporcionar las funciones del sistema y el nivel de rendimiento deseados. Esta definición excluye los circuitos integrados diseñados con técnicas de diseño convencionales "personalizadas".

La primera parte de esta definición (un circuito integrado diseñado para un cliente, aplicación o mercado específico) es una comprensión más amplia y quizás más común del término. Sin embargo, la segunda parte de la definición es útil ya que distingue "ASIC" de simplemente "IC personalizado". Si ASIC es lo mismo que IC personalizado, ¿por qué necesitamos el término ASIC?

La definición completa identifica un ASIC como un IC que ofrece funcionalidad personalizada pero que no requiere un proceso de diseño completamente personalizado. En cambio, la funcionalidad personalizada se logra mediante un proceso análogo al diseño de PCB. Al dibujar un esquema, tomamos componentes de una biblioteca y los interconectamos y, a veces, verificamos partes del esquema mediante simulación. Para un ASIC, los diseñadores toman bloques funcionales de una biblioteca, los interconectan y verifican la funcionalidad y el rendimiento mediante simulación.

Como ejemplo, la Figura 1 muestra un ASIC que combina un núcleo de procesador de señal digital (DSP) estándar con circuitos adicionales necesarios para la aplicación prevista por el cliente.

El término "aplicación específica" en un ASIC puede resultar algo engañoso. En el lenguaje actual de la ingeniería eléctrica, "aplicación" normalmente se refiere al propósito práctico de los equipos eléctricos. En otras palabras, la aplicación de un dispositivo eléctrico responde a la pregunta: ¿qué tipo de trabajo útil ¿Para qué sirve este dispositivo?

Por ejemplo, en su artículo introductorio sobre filtros, Nick Davis explica que las aplicaciones de filtros incluyen comunicaciones por radio, fuentes de alimentación de CC y electrónica de audio. Esto significa que los circuitos de filtro son útiles en módulos o sistemas cuyo propósito es permitir la comunicación inalámbrica, generar un voltaje de suministro confiable o reproducir sonido de alta calidad.

Resulta que los circuitos integrados de aplicaciones específicas a menudo no son específicos de una aplicación particular, o al menos no están limitados a una aplicación particular. Un convertidor de datos ASIC altamente integrado, por ejemplo, puede diseñarse principalmente para aplicaciones de imágenes médicas, pero es muy posible que este mismo dispositivo sea igualmente útil para el procesamiento de vídeo industrial o una red de sensores automotrices multicanal. Incluso podemos pensar en algo más genérico, como un ASIC de sistema en chip (SoC) que inicialmente está diseñado para teléfonos inteligentes pero que incorpora funcionalidad suficiente para tener éxito en una amplia variedad de aplicaciones.

Por lo tanto, creo que el término circuito integrado de tarea específica (TSIC) o circuito integrado de funcionalidad específica (FSIC) sería más exacto. Sin embargo, TSIC y FSIC definitivamente no salen de la lengua tan suavemente como ASIC. En general, un ASIC está diseñado para que un chip pueda realizar de manera eficiente una combinación específica de tareas. Incluso si esta combinación de tareas es inicialmente necesaria para una aplicación específica, puede haber otras aplicaciones en las que este ASIC sería una alternativa eficaz y deseable a los circuitos integrados disponibles en el mercado.

Diseñar y verificar un CI personalizado, incluso con la ayuda de bloques funcionales de una biblioteca celular, no es una tarea trivial. Si un diseñador no puede encontrar la funcionalidad o el rendimiento requerido entre los circuitos integrados disponibles en el mercado, la primera solución suele ser "seguir buscando". Si la dificultad persiste, la lógica programable (una matriz de puertas programables en campo (FPGA) o un dispositivo lógico programable complejo (CPLD)) puede ser una opción razonable.

El desarrollo de ASIC puede requerir meses o incluso años de trabajo y millones de dólares en costos de ingeniería no recurrentes (NRE) antes de que se fabrique un solo chip. Por lo tanto, los proyectos de gran volumen con requisitos de rendimiento exigentes generalmente son situaciones en las que la administración puede justificar el tiempo y el dinero involucrados en el desarrollo de ASIC. Con suficiente volumen, un ASIC puede resultar económicamente ventajoso. El costo de producción general disminuye porque la disminución en los costos de componentes y ensamblaje compensa con creces la adición del costo de desarrollo de ASIC amortizado. En la Figura 3 se puede ver un ejemplo de desglose.

La siguiente lista transmite las partes principales de un proyecto de diseño de ASIC.

Este gráfico transmite la arquitectura de alto nivel de un ASIC desarrollado por Intel y Google. Es un "dispositivo de red programable" para "proveedores de servicios de comunicación y nube". Consulte este artículo para obtener más información. Este es sólo un ejemplo de un dispositivo que ha pasado por el proceso de diseño ASIC.

Considerándolo todo, los ASIC son una adición crucial a los dispositivos electrónicos de alto rendimiento y gran volumen que no pueden diseñarse de manera óptima utilizando componentes disponibles en el mercado.

¿Alguna vez ha estado involucrado en el desarrollo de ASIC? ¿O tiene alguna experiencia personal con el análisis necesario para decidir si un ASIC sería económicamente viable para un determinado proyecto? ¡Deja un comentario y háznoslo saber!