เมื่อออกแบบชิปใหม่ ผู้ผลิตและนักออกแบบชิปต่างๆ จะใช้วิธีการออกแบบชิปที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับความต้องการของแต่ละช่วงเวลา และสิ่งที่พวกเขากำลังมองหาในการออกแบบขั้นสุดท้าย วิธีการเหล่านี้ยังเป็นสิ่งที่ทำให้บริษัทบางแห่งในภาคส่วนนี้นำหน้าคนอื่นๆ
เมื่อเราพูดถึงการออกแบบวงจรรวมใหม่บนชิป ไม่ว่าจะเป็นอะไรก็ตาม เรากำลังพูดถึง a . อยู่แล้ว ซีพียูที่ GPU, ชิปเซ็ต, หน่วยความจำ ฯลฯ มีการใช้รูปแบบหรือวิธีการที่แตกต่างกันสามแบบในแง่ของการออกแบบ ซึ่งเรียกว่า Full Custom, Semi Custom และ EDA มาดูกันว่าแต่ละอันเป็นอย่างไรและแตกต่างกันอย่างไร
ไลบรารีเซลล์มาตรฐานคืออะไร
ก่อนอื่นเราต้องเข้าใจว่า Standard Cell Library คืออะไร ในลักษณะเดียวกับที่ภาษาโปรแกรมมักมีไลบรารีที่มีโครงสร้างข้อมูลและอัลกอริธึมที่ใช้บ่อยที่สุดในการพัฒนาโปรแกรม โรงหล่อหรือโรงงานโปรเซสเซอร์มีห้องสมุดมาตรฐานของตนเอง โดยแต่ละห้องจะมีลอจิกเกทที่จะใช้ในการสร้างการออกแบบดิจิทัลในอนาคตเป็นอย่างดี
โหนดการผลิตแต่ละโหนดมีไลบรารีลอจิกเกตมาตรฐานขึ้นอยู่กับโหนดและยูทิลิตี้ที่จะใช้ ตัวอย่างเช่น TSMC มีโหนด 7nm สำหรับประสิทธิภาพสูงและอีกโหนดสำหรับพลังงานต่ำ แต่ละคนมี Standard Cell Library ซึ่งจะจำเป็นสำหรับการสร้างโปรเซสเซอร์ใหม่ เนื่องจากมีทุกอย่างที่จำเป็น เช่น ลอจิกเกท รองเท้าแตะ แลตช์ ฯลฯ
ดังนั้นโรงหล่อเองเช่น such อินเทล, ทีเอสเอ็มซี, ซัมซุง, GLOBALFOUNDRIES, SMIC และอื่น ๆ อีกมากมายในโลกที่แต่ละฝ่ายพัฒนา Standard Cell Library ซึ่งจะถูกนำไปใช้สำหรับการสร้างชิปใหม่ Standard Cell Library แต่ละอันสามารถมีตัวแปรที่แตกต่างกันของลอจิกเกตแต่ละอัน บางรุ่นจะโดดเด่นในด้านประสิทธิภาพ ส่วนรุ่นอื่นๆ สำหรับพื้นที่ที่เล็กกว่า เราจะมีรุ่นลอจิกดอร์ที่สิ้นเปลืองพลังงานน้อยกว่าและมีความรู้ด้วย
วิธีการออกแบบชิปแบบกำหนดเองแบบเต็ม
วิธีการแบบ Full Custom นั้นซับซ้อนที่สุด เนื่องจากมีเพียงไม่กี่บริษัทในโลกที่มีเงินทุนสำหรับการวิจัยและพัฒนาเป็นจำนวนมาก วิธีการนี้ยังต้องใช้เวลาหลายปีในการพัฒนาเพื่อให้การออกแบบเสร็จสมบูรณ์ มันขึ้นอยู่กับการรวมกันของการใช้ Standard Cell Library ของโหนดที่เลือกและการออกแบบที่กำหนดเอง
ประกอบด้วยอะไรบ้าง? สมมติว่าเรามีชุดลอจิกเกทที่ไม่ได้สร้างไว้ใน Standard Cell Library และมีการใช้งานที่จำเป็นต่อการออกแบบของคุณ บริษัทที่มีความสามารถ Full Custom มีความสามารถในการขยาย Standard Cell Library ของโหนดที่กำลังใช้อยู่ และสร้างส่วนเสริมใหม่เพื่อใช้ในการออกแบบของตนเอง
โดยทั่วไปแล้ว บริษัทออกแบบโปรเซสเซอร์เมื่อมีแผนโปรเซสเซอร์ระยะยาว โหนดที่จะใช้ไม่พร้อม และไม่มีไลบรารีเซลล์มาตรฐาน ดังนั้นบริษัทเหล่านี้จึงออกแบบลอจิกเกตของตนเองสำหรับโหนดขั้นสูง นี่คือสิ่งที่แม้แต่ Fabless ชอบ เอเอ็มดี และ NVIDIA ทำเพื่อทดสอบสถาปัตยกรรมใหม่ วิธีการคือให้โรงหล่อพัฒนาไลบรารีการออกแบบของตนล่วงหน้าก่อนที่จะเปิดตัวการผลิตโหนดใหม่
จากพวกเขา บริษัทที่มีความจุเต็มรูปแบบแบบกำหนดเองจะสร้างการออกแบบเบื้องต้นที่เรียบง่าย และดังนั้นจึงแนะนำการปรับปรุงโหนดการผลิตในอนาคต นี่คือเหตุผลที่โรงหล่อและผู้ผลิตบางรายต้องการหาพันธมิตรที่มีความสามารถในการวิจัยและพัฒนามากขึ้น คู่หูของวิธีนี้? ค่าใช้จ่ายสูง ไม่เพียงเพราะการออกแบบชุดลอจิกเกตแบบใหม่เท่านั้น แต่ยังเป็นเพราะได้รับการออกแบบสำหรับการพัฒนาโปรเซสเซอร์ระหว่างสามถึงห้าปีนับจากนี้
วิธีการออกแบบชิปกึ่งกำหนดเอง
การออกแบบกึ่งกำหนดเองคือการออกแบบที่ใช้เฉพาะไลบรารีเซลล์มาตรฐานของโหนดที่มีอยู่แล้วสำหรับการผลิต ดังนั้นจึงเป็นวิธีการออกแบบที่ออกแบบมาเพื่อเปิดตัวโปรเซสเซอร์ในระยะเวลาอันสั้น และไม่ต้องการเงินทุนจากการวิจัยและพัฒนาที่สูง ปัจจุบันบริษัทออกแบบชิปมากกว่า 80% เป็นแบบกึ่งกำหนดเอง การออกแบบทั้งหมดเริ่มต้นจากการออกแบบ Semi Custom เมื่อวิศวกรที่มีความรู้สูงสุดเห็นความสามารถในการสร้างโปรเซสเซอร์ที่ดีขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีของตนเอง พวกเขาเปลี่ยนจาก Semi Custom เป็น Full Custom แต่อย่างที่เราได้พูดคุยกันก่อนหน้านี้ นี่คือสิ่งที่บริษัทน้อยมากสามารถจ่ายได้
กรณีที่น่าสงสัยของการออกแบบ Semi Custom คือ AMD ซึ่งมี Standard Cell Library ของตัวเองโดยใช้ TSMC เป็นผู้ผลิตหลัก บริษัทที่ยอมรับการออกแบบชิปกับ AMD จะไม่เพียงแต่สามารถใช้เทคโนโลยีที่พัฒนาโดย AMD เองเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้ Standard Cell Library ของตัวเองเพื่อสร้างตัวประมวลผลร่วม เช่น ตัวเร่งความเร็วและโดเมน- โปรเซสเซอร์เฉพาะสำหรับการออกแบบ สิ่งที่ SONY และ ไมโครซอฟท์ ได้ทำเพื่อสร้างโปรเซสเซอร์หลักของคอนโซลรุ่นต่อไป
อย่างไรก็ตาม แม้จะมีราคาที่ต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการออกแบบ Full Custom แต่การผลิตชิปต้องทำสัญญาในโรงหล่อขนาดใหญ่ ซึ่งจะไม่รับคำสั่งซื้อที่มีขนาดเล็กมาก ดังนั้นการออกแบบชิปจึงต้องใช้เงินทุนเพียงพอที่จะจ่ายสำหรับการผลิตชิป
การปรับใช้ใน FPGA และ CPLD
การใช้ FPGA ได้รับความนิยมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเช่นเดียวกับ CPLD ซึ่งทั้งสองอย่างนี้เป็นตรรกะที่ตั้งโปรแกรมได้ซึ่งการดำเนินการและความแตกต่างระหว่างแต่ละรายการที่เราจะไม่อธิบายในที่นี้ การใช้งานในวิธีการออกแบบโปรเซสเซอร์ใหม่เกิดขึ้นในสองกรณี ครั้งแรกสำหรับการสร้างต้นแบบ ครั้งที่สองเกิดขึ้นเนื่องจากมีบางครั้งที่บริษัทไม่มีความสามารถทางเศรษฐกิจในการทำสัญญากับชิปจำนวนมาก ซึ่งไม่อยู่ในความสนใจของโรงหล่อ
จะต้องคำนึงว่าการติดตั้งใช้งานในแต่ละโหนดการผลิตนั้นมีราคาแพงกว่าในการนำไปใช้งาน ดังนั้นโรงหล่อขนาดใหญ่จึงมองหาลูกค้าที่มีอำนาจทางเศรษฐกิจมากที่สุด คุณสามารถออกแบบ GPU ที่ดีที่สุดในโลกได้ ซึ่งหากคุณไม่มีเงินทุนของ NVIDIA หรือ AMD ที่จะจ้างชิปจำนวนมาก การออกแบบของคุณจะไม่เห็นแสงสว่าง
จากสถานการณ์นี้ บริษัทออกแบบชิปหลายแห่งไม่ได้ผลิตชิปเหล่านี้ แต่ขายการออกแบบเพื่อนำไปใช้ใน FPGA หรือ CPLD ที่พวกเขานำไปใช้โดยตรงในผลิตภัณฑ์ของตน FPGA กลายเป็นชิปที่ควรได้รับการผลิตเป็นจำนวนมาก ในทางกลับกัน ไม่จำเป็นต้องจ่ายเงินสำหรับการผลิตจำนวนมากและดำเนินการให้เสร็จสิ้นในเวลาไม่นาน
ปัญหาของ FPGA โดยเฉพาะคือราคาต่อชิปสูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัด และเป็นโซลูชันที่มีราคาแพงมาก แต่ออกแบบมาสำหรับลูกค้าที่เฉพาะเจาะจงมาก ซึ่งมีเงินจ่ายสำหรับการแก้ปัญหาดังกล่าวแต่ไม่ใช่เวลาที่จะรอการแก้ปัญหา
