ASIC

Ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis ist ein Silizium-Die, der dafür ausgelegt ist, einen engen, festgelegten Satz von Funktionen auszuführen. Anders als ein universeller Prozessor, der alle Befehle ausführt, die man ihm gibt, ist die Logik eines ASIC bereits bei der Herstellung in das Silizium geätzt. Nach der Fertigung kann er nicht neu programmiert oder rekonfiguriert werden. Er macht eine Sache, und er macht sie schneller und effizienter als jede flexible Alternative.

Der grundlegende Kompromiss liegt zwischen Kosten bei der Entwicklung und Wirtschaftlichkeit sowie Leistung pro Einheit. Das Design eines ASIC erfordert erhebliche Investitionen in Fotolithografie-Masken, Simulation und Verifikation, typischerweise in Millionenhöhe. Aber sobald die Werkzeugkosten gedeckt sind, sinken die Herstellungskosten pro Chip deutlich, und der Stromverbrauch fällt stark im Vergleich zu softwaregestützten Lösungen auf Standard-Prozessoren. Ein Kommunikations-Chipset, ein Motor-Controller oder ein kryptografischer Beschleuniger als ASIC benötigen wesentlich weniger Energie und arbeiten schneller als gleichwertige Logik in Firmware.

Wo ASICs in der Produktion eingesetzt werden

ASICs sind in Hochvolumen-Konsumgütern und Infrastruktur-Ausrüstungen weit verbreitet. Smartphone-Basisband-Prozessoren, Ethernet-Switch-Strukturen und Power-Management-ICs in industriellen Antrieben sind fast immer ASICs. Sie sind auch in der Kryptowährungs-Mining-Hardware üblich, wo die enge, repetitive Natur der Berechnung sowohl die Designkosten als auch das technische Risiko rechtfertigt. Sobald ein ASIC die Fabrik verlässt, ist er festgelegt; ein Designfehler kann nicht im Feld behoben werden.

Ein ASIC unterscheidet sich von einem feldprogrammierbaren Gatterfeld (FPGA), das Rekonfigurierbarkeit auf Kosten von Geschwindigkeit und Leistung bietet, und von einem System-on-Chip (SoC), das einen ASIC-Kern mit eingebetteten Prozessoren und Speicher kombiniert. Die Bezeichnungen spiegeln die Hierarchie wider: Ein Standard-Cell-ASIC nutzt vordefinierte Logikblöcke; ein vollständig kundenspezifischer ASIC beinhaltet das manuelle Layout kritischer Pfade; ein teilweise kundenspezifischer ASIC nutzt eine Gate-Array-Vorlage mit benutzerdefinierten Metallisierungsebenen.

In industriellen Anwendungen erscheinen ASICs überall dort, wo Leistung, Energieeffizienz oder Kompaktheit wichtiger sind als Flexibilität. Der Nachteil bei der Wahl eines ASIC ist die lange Lieferzeit, typischerweise 6 bis 18 Monate vom Tape-Out bis zur Serienproduktion, und mangelnde Flexibilität bei Spezifikationsänderungen oder entdeckten Fehlern. Aus diesem Grund werden ASICs nur festgelegt, wenn das Design ausgereift und die Nachfrage vorhersehbar ist.