Når man designer nye brikker, bruker forskjellige brikkeprodusenter og designere forskjellige brikkedesignmetoder, avhengig av behovet til hvert øyeblikk og derfor hva de ser etter i den endelige utformingen. Disse metodene er også det som gjør noen få selskaper i sektoren foran resten.
Når vi snakker om utformingen av nye integrerte kretser på en chip, uansett hva de er, snakker vi allerede om en prosessoren GPU, et brikkesett, et minne osv. Tre forskjellige stiler eller metoder brukes når det gjelder design. Som kalles Full Custom, Semi Custom og EDA. La oss se hvordan hver av dem er og hvordan de skiller seg mellom dem.
Hva er Standard Cell Library?
Først og fremst må vi forstå hva et standardcellebibliotek er. På samme måte som programmeringsspråk vanligvis har biblioteker med de mest brukte datastrukturer og algoritmer når man utvikler programmer. støperier eller prosessorfabrikker har egne standardbiblioteker der logikkportene som skal brukes til å lage et fremtidig digitalt design, er godt definert i hver av dem.
Hver produksjonsnode har et standard bibliotek med logiske porter, avhengig av noden og verktøyet som skal brukes. For eksempel har TSMC en 7nm node for høy ytelse og en annen for lav effekt. Hver av dem har et standard cellebibliotek, som vil være viktig for opprettelsen av nye prosessorer. Siden den inkluderer alt som er nødvendig, for eksempel logiske porter, flip-flops, låser, etc.
Så det er støperiene selv som Intel, TSMC, Samsung, GLOBALFOUNDRIES, SMIC og mange andre i verden som hver ender opp med å utvikle sitt Standard Cell Library, som vil bli vedtatt for opprettelse av nye sjetonger. Hvert standardcellebibliotek kan ha forskjellige varianter av hver av logikkportene. Noen vil skille seg ut for ytelsen sin, andre for å ha et mindre område, vi vil ha versjoner av en logikkdør med lavere energiforbruk og også med kunnskap.
Fullstendig tilpasset chipdesignmetodikk
Full Custom-metoden er den mest komplekse av alle, siden den bare blir vedtatt av noen få selskaper i verden som har enorm kapital for forskning og utvikling. Denne metoden krever også mange års utvikling for å fullføre et design. Den er basert på kombinasjonen av å bruke Standard Cell Library til valgt node og tilpasset design.
Hva består den av? Anta at vi har en logisk portkombinasjon som ikke er innebygd i Standard Cell Library, og hvis implementering er viktig for designet ditt. Vel, selskaper med Full Custom-funksjonalitet har muligheten til å utvide Standard Cell Library for noden de bruker og lage nye tillegg for bruk i sine egne design.
Vanligvis prosessordesignfirmaer når de har planlagt en veldig langvarig prosessor, noden de vil bruke er ikke klar og deres Standard Cell Library ikke er tilgjengelig. Så disse selskapene designer sine egne logiske porter for en mer avansert node. Dette er noe som til og med Fabless liker AMD og NVIDIA gjøre for å teste nye arkitekturer. Metodikken er at støperier fremmer sine designbiblioteker til dem på forhånd før de ruller ut produksjonen av den nye noden.
Fra dem lager selskaper med full tilpasset kapasitet enkle foreløpige design og foreslår dermed forbedringer på den fremtidige produksjonsnoden. Dette er grunnen til at visse støperier og produsenter søker å ha partnere med mer forskning og utviklingskapasitet. Motstykket til denne metoden? De høye kostnadene, ikke bare på grunn av utformingen av nye kombinasjoner av logiske porter, men også på grunn av det faktum at de er designet for utvikling av prosessorer mellom tre og fem år fra nå.
Semi-tilpassede brikkedesignmetoder
Semi-tilpassede design er de som bare bruker Standard Cell Library av en node som allerede er tilgjengelig for produksjon. Derfor er det en designmetodikk designet for å starte prosessorer på veldig kort sikt og krever ikke høy forsknings- og utviklingskapital. I dag er mer enn 80% av chipdesignfirmaene semi-tilpassede. Alle design begynner som Semi Custom design, det er når ingeniører med høyest kunnskap ser muligheten til å lage en bedre prosessor ved hjelp av sin egen teknologi, de går fra Semi Custom til Full Custom. Men som vi har diskutert tidligere, er dette noe svært få selskaper har råd til.
Et merkelig tilfelle av Semi Custom-design er AMD, som har sitt eget Standard Cell Library med TSMC som hovedprodusent. Et selskap som godtar utformingen av en chip med AMD, vil ikke bare kunne bruke teknologiene som allerede er utviklet av AMD, men vil også kunne benytte seg av sitt eget Standard Cell Library for å lage prosessorer som akseleratorer og domene- spesifikke prosessorer for designene. Noe som SONY og Microsoft har gjort for å lage hovedprosessorene i neste generasjons konsoller.
Til tross for den lave prisen sammenlignet med Full Custom-designen, krever det imidlertid at produksjonen av sjetongene kontraheres i store støperier, som ikke aksepterer veldig små ordrer. Så chip-design innebærer nok kapital til å betale for chip-produksjon.
Implementering i FPGA og CPLD
Bruken av FPGA har blitt populær de siste årene, så vel som CPLD, begge er programmerbar logikk hvis drift og forskjeller mellom hver enkelt vi ikke kommer til å forklare her. Dens bruk i designmetodikkene til nye prosessorer skjer i to tilfeller. Den første for prototyping, den andre oppstår fordi det er tider når et selskap ikke har økonomisk kapasitet til å inngå store mengder sjetonger, noe som ikke er i støperiets interesse.
Det må tas i betraktning at distribusjonen i hver produksjonsnode blir stadig dyrere å implementere, så store støperier ser etter de mest økonomisk kraftige kundene. Du kan designe den beste GPU i verden at hvis du ikke har hovedstaden i NVIDIA eller AMD til å ansette et stort volum chips, vil ikke designet ditt se lyset.
På grunn av denne situasjonen produserer ikke mange chipdesignfirmaer dem, men selger designene for å implementeres i en FPGA eller en CPLD som de implementerer direkte i sine produkter. FPGA ender opp med å bli brikken som burde vært masseprodusert. I bytte er det ikke behov for å betale for masseproduksjon, og implementeringen gjøres på kort tid.
Spesielt problemet med FPGA er at kostnaden per chip åpenbart er høyere, og dette er løsninger som vil være veldig dyre, men som er designet for veldig spesifikke kunder. Som har penger til å betale for nevnte løsning, men ikke tid til å vente på en løsning.
