为何 ASIC 受追捧？成熟节点定制芯片的竞争优势与应用

在当今竞争激烈的电子市场中，专用集成电路（ASIC）正逐渐成为企业关注的焦点，它能帮助公司充分利用关键知识产权（IP），与使用现成集成电路（IC）的竞争对手形成差异化。

现成的集成电路 (IC) 为电子系统设计师带来诸多优势。其中最显著的优势就是便捷性。供应商通过提供评估板和其他支持，让设计人员能够轻松地构建解决方案原型并推向市场。但这种便捷性是有代价的：它使得在对客户至关重要的指标（例如功率效率、功能和尺寸）上进行差异化变得更加困难。

基于现成IC的评估板提供了一条潜在的快速量产途径。然而，基于这些现成产品的解决方案不可避免地会具有趋同的功能集。系统设计人员针对特定传感器和显示器、应用的计算需求或最适合目标用例的电源转换策略进行优化的机会有限。

这些局限性正变得越来越明显。用户如今希望利用机器学习等技术，并部署功耗极低的系统，使其在使用寿命内只需一次电池充电。通用IC意味着这些用户必须应对固定的性能范围和工作模式，以及只能通过固件修改或外部混合信号电路进行细微改变的电气特性。这些外部电路还会增加生产硬件的总成本。

定制 ASIC：释放差异化

定制专用集成电路 (ASIC) 可以避免在整个系统设计中使用现成硅片的陷阱。借助定制硬件，设计人员可以更全面地优化系统。例如，针对机器视觉算法定制的硬件加速器可以显著提高数据吞吐量并降低能耗。这是因为硬件加速功能可以取代许多软件指令。通过节省基于通用微处理器的算法所需的内存和寄存器之间的数据移动，吞吐量可以以更低的功耗显著提升。

借助 ASIC，应用程序开发人员可以为硬件设计团队提供有价值的建议，进一步增强系统功能。例如，提供关于如何在不使用时最佳切断各个单元电源的信息。虽然通用 IC 具有广泛的电源门控支持，但控制单元进入超低功耗状态的算法需要谨慎应用，以确保睡眠模式不会影响系统功能。

除了增强了针对应用调整硬件的能力外，定制硅片还为防止抄袭设置了一道强大的屏障。由于物料清单 (BOM) 依赖于标准 IC，竞争对手可以轻松确定系统的组装方式。即使解决方案中的处理器支持代码加密，由于 IC 供应商提供的许多功能都是其软件开发套件的一部分，因此对系统进行逆向工程也未必会造成巨大的障碍。

从 ASIC 中恢复网表需要进行更为广泛的分析，并且需要能够逐层剥离器件的设备。即便如此，抄袭者仍然需要拥有足够的资源来理解网表与系统功能之间的关系。他们还必须能够访问自己的定制 IC 设计资源来复制它。

成熟节点 ASIC：零成本定制

ASIC 不必包含所有甚至大多数设计功能。通常，通过添加具有战略意义的重要功能来补充大众市场 IC，定制硅片可以获得显著的优势。除其他优势外，这种有针对性的设计还有助于降低制造复杂性和物料清单规模。例如，一个设计采用了目录BLE IC，并搭配定制的130 nm ASIC用于模拟和电源管理。为了确保长期灵活性，该ASIC指定了双接口（例如I2C、SPI、GPIO和电源管理模块），以便能够与多家供应商的BLE IC兼容。这满足了模拟BLE、Arm内核和闪存的需求，而无需在高级节点上进行全面集成的高昂成本。

公司通常会通过专注于系统的传感器接口或电源转换电路来巧妙地利用基于ASIC的改进。在许多情况下，这使得他们能够将多个分立元件整合成一个部件。将模拟信号调节、数字信号处理和通信接口集成到单个ASIC中，可以实现传感器设备的小型化，使其能够适应狭小的空间。针对特定电机的定制开关模式策略可以让无人机在一次充电后飞行更长时间。

这种方法无需像多核处理器和其他先进数字设备供应商那样采用成本更高、更尖端的工艺技术。物联网 (IoT)、工业控制器和汽车控制子系统等设备都需要更高的电压和模拟集成度，而这些要求远远超出了尖端工艺所能提供的原始门数。

180 nm 和 130 nm 等成熟的 CMOS 节点足以满足目标协处理器的性能需求，并且能够直接支持许多传感器和电源控制设备所需的电压。采用最新的 10 nm 以下工艺制造的 IC 对模拟电路的支持效率低下，而且成本高得多。一套典型的 180 nm 掩模版的成本很容易就达到 5 万美元左右，而尖端工艺的成本则高达数百万美元。

全面的设计套件包含经过验证的存储器、IO 和标准数字逻辑功能 IP 库，以及丰富的代工厂或第三方 IP，用于模拟前端和通信接口，进一步降低了设计风险并缩短了产品上市时间。成熟的节点具备稳健的良率和易于理解的设计规则，兼具定制优势、低风险特性和成本结构，适用于广泛的应用。

在广泛使用商用硅片导致利润下降、品牌独特性削弱的时代，成熟节点的 ASIC 为企业提供了变革的契机。定制 ASIC 不需要对系统架构进行全面改造，企业可以专注于利用最重要的知识产权，实现差异化竞争。

在当今竞争激烈的电子市场中，我们不禁要思考：如果拥有硅片，下一代设备可以提供哪些独特的功能？通过将分立部件整合到单个 ASIC 中，可以从供应链中消除多少风险和成本？这些问题值得每一个电子企业深入探讨。

在未来的电子市场中，随着技术的不断发展和市场需求的变化，ASIC 有望发挥更大的作用。企业应充分认识到 ASIC 的优势，积极探索其在产品设计中的应用，以提升自身的竞争力。