Области применения ИС различных типов

Все типы ИС имеют свои области применения. Каждому типу свойственно определенное соотношение таких параметров, как сложность (достижимый уровень интеграции), быстродействие, стоимость. На выбор типа ИС для реализации проекта влияет совокупность свойств. Основные соображения можно пояснить с позиций экономики, обратившись к формуле стоимости ИС, изготовляемой уже освоенным технологическим процессом:

Сие ⁼ С_изг ⁺ C_np/N,

где С_изг – стоимость изготовления ИС (стоимость кристалла и других мате­риалов, стоимость технологических операций по изготовлению ИС, кон­трольных испытаний). Затраты на изготовление относятся к каждой ИС, т. е. повторяются столько раз, сколько ИС будет произведено; С_пр – стои­мость проектирования ИС, т. е. однократные затраты для данного типа ИС; N – объем производства (тиражность), т. е. число ИС, которое будет произ­ведено.

Стоимость проектирования БИС/СБИС велика и может достигать сотен миллионов долларов. Так, только изготовление набора фотошаблонов обхо­дится в сумму порядка $500 тыс. При всей тщательности отработки проекта не более чем в 50% случаев удается получить положительный результат от первого комплекта фотошаблонов. Для дорогостоящих вариантов проекти­рования БИС/СБИС производство становится рентабельным только при большом объеме их продаж.

Затраты С_пр и С_изг находятся во взаимосвязи. Рост затрат на проектирова­ние, как правило, ведет к снижению С_изг, поскольку чем совершеннее про­ект, тем рациональнее используется площадь кристалла и другие его ресур­сы. Отсюда видно, что выигрыш по экономичности могут получать те или иные типы СпИС в зависимости от сложности их производства и тиражно-сти (N).

Диаграмма областей целесообразного применения разных типов специали­зированных ИС в зависимости от их сложности и тиражности приведена на рис. 12.4.

Рис. 12.4. Диаграмма областей целесообразного применения различных типов специализированных БИС/СБИС

Применительно к Микросхемам программируемой логики справедливы сле­дующие положения. Простые устройства со сложностью в сотни эквива­лентных вентилей целесообразно реализовывать на PLD (PAL, GAL, PLA)-При росте сложности проекта естественен переход к FPGA и CPLD, если тиражность ИС сравнительно невелика. Необходимость или целесообраз­ность использования систем на кристалле определяется пока еще не столько стоимостными (схемы SOC относительно дороги), сколько габаритными и конструктивно-технологическими соображениями, либо с целью повышения быстродействия.

Рост тиражности (приблизительно свыше десятков тысяч) ведет к преиму­ществам реализаций на БМК, т. к. стоимость изготовления небольшого чис­ла шаблонов для создания межсоединений разложится на большое число микросхем, а стоимость изготовления каждой ИС уменьшится благодаря исключению из схемы схем программируемых связей и средств их програм­мирования.

При еще большей тиражности выгодным оказывается метод стандартных ячеек, позволяющий дополнительно улучшить параметры схемы, плотнее разместить ее элементы на кристалле, т. е. уменьшить С_изг и улучшить быстродействие. При этом слагаемое C_rip/N в формуле стоимости ИС не окажется слишком большим благодаря большой величине N, хотя необхо­димость проектировать весь комплект шаблонов для технологических про­цессов приводит к большим затратам С_пр.

Полностью заказное проектирование для СпИС не характерно. Оно стоит настолько дорого, что применяется практически только для создания стан­дартных БИС/СБИС массового производства. Например, проектирование первого 32-разрядного микропроцессора обошлось в свое время в $140 млн, а проектирование современных СБИС требует затрат до $2 млрд.