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ASIC芯片基础常识全解

发布日期:2025-05-10 15:48    点击次数:102

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本文转载自微信公众号「智能计较芯寰宇」,作家浩仔。转载本文请关连智能计较芯寰宇公众号。

ASIC (Application Specific Integrated Circuit )芯片是专用集成电路,是针对用户对特定电子系统的需求,从根级狡计、制造的独到愚弄门径芯片,其计较才能和计较后果可把柄算法需要进行定制,是固定算法最优化狡计的产物。ASIC 芯片模块可庸俗愚弄于东谈主工智能建立、虚构货币挖矿建立、耗材打印建立、军事国防建立等贤慧终局。

在硬件层面,ASIC 芯片由基本硅材料、磷化镓、砷化镓、氮化镓等材料组成。在物理结构层面,ASIC 芯片模块由外挂存储单元、电源处置器、音频画面处理器、汇聚电路等IP核拼集而成。吞并芯片模组可搭载一个或几个功能换取或不同的ASIC 芯片,以隆盛一种或多种特定需求。

ASIC 芯片分类

(1) 把柄定制进程不同,ASIC 芯片可被分为全定制ASIC 芯片、半定制ASIC 芯片及可编程ASIC芯片。

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① 全定制ASIC 芯片

全定制ASIC 芯片是定制进程最高的芯片之一,研发东谈主员基于不同电路结构狡计针对不同功能的逻辑单元,于芯片板搭建模拟电路、存储单元、机械结构。逻辑单元之间由掩模版绽开,ASIC 芯片掩模版也具备高度定制化特质。

全定制化ASIC 芯片狡计本钱较高,平均每单元芯片模块狡计时间杰出9 周。该类芯片频繁用于高等愚弄门径。

相对半定制化ASIC 芯片,全定制化ASIC 芯片在性能、功耗等方面推崇优秀。如应酬换取功能,在同种工艺前提下,全定制化ASIC 芯片平均算力输出约为半定制化ASIC 芯片平均算力输出的8 倍,收受24 纳米制程的全定制化ASIC 芯片在性能上优于收受5 纳米制程的半定制化ASIC 芯片。

② 半定制ASIC 芯片

组成半定制ASIC 芯片的逻辑单元大部分取自措施逻辑单元库,部分把柄特定需求作念自界说狡计。相对全定制ASIC 芯片狡计本钱较低,活泼度较高。

把柄措施逻辑单元和自界说逻辑单元数目搭配模式不同,半定制ASIC 芯片可细分为门阵列芯片和措施单元芯片。

a、 门阵列芯片

门阵列ASIC 芯片包括有信谈门阵列、无信谈门阵列和结构化门阵列。门阵列ASIC 芯片结构中硅晶片上预定晶体管位置不行改换,狡计东谈主员多通过改换芯片底端金属层等形势调度逻辑单元互筹商构。

有信谈门阵列ASIC 芯片:该类芯片晶体管位置高度固定,狡计东谈主员可在晶体管行之间预界说的空缺空间进行电路布局;

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无信谈门阵列ASIC 芯片:无信谈结构下,晶体管行之间不存在电路布局空间,狡计东谈主员频繁于门阵列单元上方进行布线;

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结构化门阵列ASIC 芯片:该结构包括基本门阵列行及镶嵌块。镶嵌块可擢升融会布局活泼度,但对芯片体积组成限制。该结构下,融会布场面积使用后果较高,狡计本钱较低,盘活时间较短。

b、 措施单元

该类ASIC 芯片由选自措施单元库的逻辑单元组成。狡计东谈主员可按算法需求自行叮属措施单元。除措施单元外,微限度器、微处理器等固定块也可用于措施单元ASIC 芯片架构。

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③ 可编程ASIC 芯片

广义而言,可编程ASIC 芯片可分为FPGA 芯片和PLD 芯片。在本体坐蓐经由中,将FPGA 芯片列为不同于ASIC 芯片的筹谋机构和企业数目赓续增多,故本呈文仅将PLD(Programmable Logic Device)视为可编程ASIC 芯片子类别。

PLD 亦称可编程逻辑器件,在结构上包括基础逻辑单元矩阵、触发器、锁存器等,其互连部分看成单个模块存在。狡计东谈主员通过对PLD 进行编程以隆盛部分定制愚弄门径需求。

(2) ASIC 芯片可把柄终局功能不同分类为TPU 芯片、BPU 芯片和NPU 芯片。

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① TPU 为张量处理器,专用于机器学习。如Google 于2016 年5 月研发针对

Tensorflow 平台的可编程AI 加快器,春药好用吗其里面领导集在Tensorflow 门径变化或更新算法时可出手。

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② BPU 是大脑处理器,是由地平线科技建议的镶嵌式东谈主工智能处理器架构。

③ NPU 是神经汇聚处理器,在电路层模拟东谈主类神经元和突触,并用深度学习领导集奏凯处理大限制电子神经元和突触数据。

ASIC芯片特质

CPU 等传统芯片通过读取、本质外部门径代码领导而生成驱散,相对而言,ASIC 芯片读取原始输入数据信号,并经里面逻辑电路运算后奏凯生成输出信号。

(1) 优点:

相对CPU、GPU、FPGA 等类型芯片,ASIC 芯片在专用系统愚弄方面具备多元上风,具体表当今如下几方面。

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① 面积上风:ASIC 芯片在狡计时幸免冗余逻辑单元、处理单元、寄存器、存储单元等架构,以直爽数字逻辑电路体式构建,故意于减轻芯单方面积。应酬小面积芯片,同等规格晶圆可被切割出更多数目芯片,有助于企业裁汰晶圆本钱。

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② 能耗上风:ASIC 芯片单元算力能耗相对CPU、GPU、FPGA 较低,如GPU 每算力平均约耗尽0.4 瓦电力,ASIC 单元算力平均耗尽约0.2 瓦电力,更能隆盛新式智能家电对能耗的限制。

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③ 集成上风:因收受定制化狡计,ASIC 芯片系统、电路、工艺高度一体化,有助于客户赢得高性能集成电路。

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④ 价钱上风:受到体积小、出手速率高、功耗低等特质影响,ASIC 芯片价钱远低于CPU、GPU、FPGA 芯片。现时公共阛阓ASIC 芯片平均价钱约为3 好意思元,远期若达到量产限制,ASIC 芯片价钱有望保捏捏续下落态势。

(2) 漏洞:

① ASIC 芯片定制化进程较高,狡计开辟周期长,制品需要作念物理狡计和可靠性考证,面市时间较慢。

② ASIC 芯片对算法依赖性较高。东谈主工智能算法高速更新迭代,导致ASIC 芯片更新频率较高。

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③ 因ASIC 芯片定制化进程较高,研发周期相对漫长,扩大了ASIC 制品被阛阓淘汰的风险。

ASIC 芯片产物先容

① 谷歌于2016 年推出TPU,谷歌旗下2017 版AlphaGo 物理处理器中镶嵌4 个TPU,可维持谷歌云TPU 平台和机器学习超等计较机。

② IBM 通过模拟大脑结构于2014 年8 月推出制程为28 纳米的第二代TrueNorth芯片,可愚弄于及时视频处理。

③ 英特尔于2017 年推出Xeon 系列ASIC 芯片。该系列芯片可独处充任处理器,无需附加主机处理器和扶持处理器,可愚弄于机器深度学习。

④ 斯坦福大学推出基于新神经风景计较架构的ASIC 芯片运算速率为简单电脑9,000倍,可模拟约100 万个大脑神经元、几十亿个突触绽开。

⑤ 新兴科创企业将ASIC 芯片愚弄拓展至安防、扶持驾驶、传统家电、贤慧医疗等边界。

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中国 ASIC 芯片产物销售限制捏续增长依据包括但不限于以下身分:

① 旯旮计较边界将成为专用深度学习 ASIC 芯片主要营收边界。

② 出动通讯建立、头显建立(AR、VR、MR)、平板电脑、无东谈主机、智能家居建立等消费性电子产物将成为 ASIC 芯片产物聚积愚弄边界。

③ 以图形架构为基础的深度学习处理器盛行,ASIC 更适用于图形架构运算环境。

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④ 瞻望 2022 年前后,省略同期进行检修和推理的东谈主工智能终局建立将愈加普及,ASIC芯片将被无数导入该类建立。

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参考开头:中国ASIC芯片行业杰作呈文