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国产超碰人人爽人人做人人添 ASIC芯片基礎知識全解

发布日期:2022-05-19 03:09    点击次数:76

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本文轉載自微信公眾號「智能計算芯宇宙」,作家浩仔。轉載本文請聯系智能計算芯宇宙公眾號。

ASIC (Application Specific Integrated Circuit )芯片是專用集成電路,是針對用戶對特定電子系統的需求,從根級設計、制造的專有應用举止芯片,其計算智商和計算成果可根據算法需要進行定制,是固定算法最優化設計的產物。ASIC 芯片模塊可廣泛應用于人工智能設備、虛擬貨幣挖礦設備、耗材打印設備、軍事國防設備等灵敏終端。

在硬件層面,ASIC 芯片由基本硅材料、磷化鎵、砷化鎵、氮化鎵等材料構成。在物理結構層面,ASIC 芯片模塊由外掛存儲單元、電源惩办器、音頻畫面處理器、網絡電路等IP核拼湊而成。合并芯片模組可搭載一個或幾個功能调换或不同的ASIC 芯片,以滿足一種或多種特定需求。

ASIC 芯片分類

(1) 根據定制过程不同,ASIC 芯片可被分為全定制ASIC 芯片、半定制ASIC 芯片及可編程ASIC芯片。

① 全定制ASIC 芯片

全定制ASIC 芯片是定制过程最高的芯片之一,研發人員基于不同電路結構設計針對不同功能的邏輯單元,于芯片板搭建模擬電路、存儲單元、機械結構。邏輯單元之間由掩模版連接,ASIC 芯片掩模版也具備高度定制化特點。

全定制化ASIC 芯片設計资本較高,平均每單位芯片模塊設計時間超過9 周。該類芯片不息用于高級應用举止。

相對半定制化ASIC 芯片,全定制化ASIC 芯片在性能、功耗等方面表現優秀。如應對调换功能,在同種工藝前提下,全定制化ASIC 芯片平均算力輸出約為半定制化ASIC 芯片平均算力輸出的8 倍,选定24 納米制程的全定制化ASIC 芯片在性能上優于选定5 納米制程的半定制化ASIC 芯片。

② 半定制ASIC 芯片

構成半定制ASIC 芯片的邏輯單元大部分取自標準邏輯單元庫,部分根據特定需求做自定義設計。相對全定制ASIC 芯片設計资本較低,靈活度較高。

根據標準邏輯單元和自定義邏輯單元數量搭配模式不同,半定制ASIC 芯片可細分為門陣列芯片和標準單元芯片。

a、 門陣列芯片国产超碰人人爽人人做人人添

門陣列ASIC 芯片包括有信道門陣列、無信道門陣列和結構化門陣列。門陣列ASIC 芯片結構中硅晶片上預定晶體管位置不行改變,設計人員多通過改變芯片底端金屬層等方式調整邏輯單元互連結構。

有信道門陣列ASIC 芯片:該類芯片晶體管位置高度固定,設計人員可在晶體管行之間預定義的空缺空間進行電路布局;

無信道門陣列ASIC 芯片:無信道結構下,晶體管行之間不存在電路布局空間,設計人員不息于門陣列單元上方進行布線;

結構化門陣列ASIC 芯片:該結構包括基本門陣列行及镶嵌塊。镶嵌塊可晋升線路布局靈活度,但對芯片體積構成领域。該結構下,線路布所在積使用成果較高,設計资本較低,周轉時間較短。

b、 標準單元

該類ASIC 芯片由選自標準單元庫的邏輯單元構成。設計人員可按算法需求自行打发標準單元。除標準單元外, 亚洲人成无码区在线观看微纪律器、微處理器等固定塊也可用于標準單元ASIC 芯片架構。

③ 可編程ASIC 芯片

廣義而言国产超碰人人爽人人做人人添,可編程ASIC 芯片可分為FPGA 芯片和PLD 芯片。在實際生產過程中,將FPGA 芯片列為不同于ASIC 芯片的商榷機構和企業數量不斷加多,故本報告僅將PLD(Programmable Logic Device)視為可編程ASIC 芯片子類別。

PLD 亦稱可編程邏輯器件,在結構上包括基礎邏輯單元矩陣、觸發器、鎖存器等,其互連部分作為單個模塊存在。設計人員通過對PLD 進行編程以滿足部分定制應用举止需求。

(2) ASIC 芯片可根據終端功能不同分類為TPU 芯片、BPU 芯片和NPU 芯片。

① TPU 為張量處理器,專用于機器學習。如Google 于2016 年5 月研發針對

Tensorflow 平臺的可編程AI 加快器,其內部领导集在Tensorflow 举止變化或更新算法時可運行。

② BPU 是大腦處理器,是由地平線科技残暴的镶嵌式人工智能處理器架構。

③ NPU 是神經網絡處理器,在電路層模擬人類神經元和突觸,并用深度學習领导集径直處理大規模電子神經元和突觸數據。

ASIC芯片特點

CPU 等傳統芯片通過讀取、執行外部举止代碼领导而生成結果,相對而言,ASIC 芯片讀取原始輸入數據信號,并經內部邏輯電路運算后径直生成輸出信號。

(1) 優點:

相對CPU、GPU、FPGA 等類型芯片,h肉动漫无码无修6080动漫网ASIC 芯片在專用系統應用方面具備多元優勢,具體表現在如下幾方面。

① 面積優勢:ASIC 芯片在設計時幸免冗余邏輯單元、處理單元、寄存器、存儲單元等架構,以純粹數字邏輯電路时势構建,成心于縮小芯单方面積。應對小面積芯片,同等規格晶圓可被切割出更多數量芯片,有助于企業镌汰晶圓资本。

② 能耗優勢:ASIC 芯片單位算力能耗相對CPU、GPU、FPGA 較低国产超碰人人爽人人做人人添,如GPU 每算力平均約豪侈0.4 瓦電力,ASIC 單位算力平均豪侈約0.2 瓦電力,更能滿足新式智能家電對能耗的领域。

③ 集成優勢:因选定定制化設計,ASIC 芯片系統、電路、工藝高度一體化,有助于客戶獲得高性能集成電路。

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④ 價格優勢:受到體積小、運行速率高、功耗低等特點影響,ASIC 芯片價格遠低于CPU、GPU、FPGA 芯片。當前民众市場ASIC 芯片平均價格約為3 美元,遠期若達到量產規模,ASIC 芯片價格有望保持持續下跌態勢。

(2) 缺點:

① ASIC 芯片定制化过程較高,設計開發周期長,制品需要做物理設計和可靠性驗證,面市時間較慢。

② ASIC 芯片對算法依賴性較高。人工智能算法高速更新迭代,導致ASIC 芯片更新頻率較高。

③ 因ASIC 芯片定制化过程較高,研發周期相對漫長,擴大了ASIC 制品被市場淘汰的風險。

ASIC 芯片產品介紹

① 谷歌于2016 年推出TPU,谷歌旗下2017 版AlphaGo 物理處理器中鑲嵌4 個TPU,可援救谷歌云TPU 平臺和機器學習超級計算機。

② IBM 通過模擬大腦結構于2014 年8 月推出制程為28 納米的第二代TrueNorth芯片,可應用于實時視頻處理。

③ 英特爾于2017 年推出Xeon 系列ASIC 芯片。該系列芯片可獨立充當處理器,無需附加主機處理器和輔助處理器,可應用于機器深度學習。

④ 斯坦福大學推出基于新神經形態計算架構的ASIC 芯片運算速率為平方電腦9,000倍,可模擬約100 萬個大腦神經元、幾十億個突觸連接。

⑤ 新興科創企業將ASIC 芯片應用拓展至安防、輔助駕駛、傳統家電、灵敏醫療等領域。

中國 ASIC 芯片產品銷售規模持續增長依據包括但不限于以下身分:

① 邊緣計算領域將成為專用深度學習 ASIC 芯片主要營收領域。

② 移動通讯設備、頭顯設備(AR、VR、MR)、平板電腦、無人機、智能家居設備等消費性電子產品將成為 ASIC 芯片產品聚拢應用領域。

③ 以圖形架構為基礎的深度學習處理器盛行,ASIC 更適用于圖形架構運算環境。

④ 預計 2022 年前后,能夠同時進行訓練和推理的人工智能終端設備將愈加普及,ASIC芯片將被多半導入該類設備。

參考來源:中國ASIC芯片行業杰作報告

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