ASIC都去哪兒了？

上周在看了我的朋友Dave Jones拆解一臺舊的Fluke 91 ScopeMeter DSO(數(shù)字采樣示波器)的視頻時(shí)，我突然發(fā)現(xiàn)，這款有20年歷史的測試設(shè)備標(biāo)志著ASIC設(shè)計(jì)歷時(shí)10年的衰落正開始顯著加速。

Dave打開eBay ScopeMeter，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部有數(shù)字和模擬兩個(gè)主要的電路板。ScopeMeter的數(shù)字電路板包含兩個(gè)ASIC和一個(gè)83C196掩碼編程的16位微控制器(來自Intel的早期MCS-96系列)。SoC時(shí)代開始于1995年，F(xiàn)luke于1994年構(gòu)建這款DSO，剛好在處理器開始采用ASIC技術(shù)之前，因此我們能夠看到有單獨(dú)的板載微控制器。

ScopeMeter數(shù)字電路板上的數(shù)字ASIC似乎是閃存存儲器/鍵盤控制器(標(biāo)記為“Fluke MASIC”，由日立公司制造)和時(shí)基/觸發(fā)器/事件計(jì)數(shù)器/顯示處理器(標(biāo)記為“Fluke D-ASIC”，由LSI公司制造)。第三塊ASIC則由飛利浦公司制造，這是DSO模擬電路板上的模擬芯片，其集成有放大器、模擬開關(guān)和跟蹤保持電路，可提供兩個(gè)模擬信號通道。也就是說采用兩個(gè)數(shù)字ASIC和一個(gè)模擬ASIC的相對較小型的儀器近20年前售價(jià)為一兩千美元。

下面是Dave的EEVBlog視頻截圖，左側(cè)為ScopeMeter的數(shù)字電路板。我分別在兩個(gè)數(shù)字ASIC和Intel 83C196微控制器上畫了紅圈。

Fluke ScopeMeters作為一種測試設(shè)備，銷量較高。不過讓人很難相信今天設(shè)計(jì)的任何此類儀器會采用兩個(gè)數(shù)字ASIC和一個(gè)微控制器。事實(shí)上今天根本就不會出現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)。要是Fluke晚幾年再設(shè)計(jì)這款ScopeMeter，很可能這兩個(gè)數(shù)字ASIC和一個(gè)掩碼編程的微控制器都會設(shè)計(jì)成一個(gè)SoC，或許極有可能是ARM微處理器內(nèi)核。

多個(gè)數(shù)字ASIC和處理器芯片集成到單個(gè)器件是20世紀(jì)90年代中期以來ASIC設(shè)計(jì)數(shù)量大幅減少的一個(gè)重要原因。EDA發(fā)布的研究報(bào)告顯示，ASIC設(shè)計(jì)數(shù)量從1997年開始進(jìn)入頂峰時(shí)期，每年約11,000個(gè)，隨后則面臨以下三重挑戰(zhàn)：

1. 將多個(gè)ASIC、處理器和其它器件進(jìn)一步集成到單個(gè)SoC，而且遵循摩爾定律的發(fā)展速度。(Fluke 91 ScopeMeter顯然是這類ASIC整合的首選對象。)

2. 1999/2000年的互聯(lián)網(wǎng)泡沫破滅以及隨后2008/2009年的經(jīng)濟(jì)衰退。

3. 尖端納米工藝SoC的設(shè)計(jì)和NRE成本迅速增加。

在上述三大趨勢影響下，ASIC的設(shè)計(jì)數(shù)量從1997年的峰值到現(xiàn)在已經(jīng)削減了約80%。

在某些市場領(lǐng)域，ASSP也出現(xiàn)了類似的趨勢，在設(shè)計(jì)和NRE成本方面跟ASIC的問題大同小異。此外，ASSP廠商也要面臨多種不同市場的要求，因?yàn)锳SSP的目標(biāo)市場跟其它所有市場一樣也在越來越細(xì)分化。這一趨勢會導(dǎo)致任何特定ASSP的銷量下降，從而催生了涵蓋多種不同要求組合的“超集 (superset)”ASSP的開發(fā)。不過一個(gè)用戶如果選擇了“超集”ASSP，那就是說只使用ASSP的一部分功能，而ASSP的成本卻高于他們實(shí)際所需的。說到底，ASSP用戶，也就是系統(tǒng)廠商，要為超集ASSP支付更多成本，而現(xiàn)在的ASSP越來越無法充分滿足某種特定的設(shè)計(jì)要求了。

這時(shí)就要讓可編程邏輯器件發(fā)揮作用。(您已經(jīng)料到我要這么說了吧?)最新型28nm器件，如賽靈思7系列FPGA和Zynq All Programmable SoC，都能在眾多設(shè)計(jì)中取代ASIC和ASSP。

舉例來說，安捷倫(Angilent)公司近期宣布在其新一代Fusion HPLC(高效液相色譜)儀表系列中采用賽靈思Zynq-7000平臺，新系列產(chǎn)品將取代公司現(xiàn)有的1200系列HPLC。(敬請參見我在ARM網(wǎng)站上的嘉賓博客“安捷倫生命科學(xué)采用賽靈思技術(shù)確保軟硬件儀表平臺可充分滿足未來要求 (“Agilent Life Sciences future-proofs HW/SW instrument platform with Xilinx)”。)Agilent 1200系列儀表模塊采用了內(nèi)嵌在FPGA中的PowerPC微處理器。

針對安捷倫的新一代HPLC儀表模塊，F(xiàn)usion設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將新設(shè)計(jì)集成到同一芯片上：也就是帶有雙處理器的賽靈思Zynq-7000系列的一款產(chǎn)品。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對當(dāng)前HPLC儀表系列固件和VHDL硬件設(shè)計(jì)的大部分均實(shí)現(xiàn)了再利用。起初，新設(shè)計(jì)只使用Zynq All Programmable Soc的一個(gè)片上ARM處理器，不過Fusion設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為Zynq-7000 SoC上的第二個(gè)ARM處理器的更多處理資源也能發(fā)揮很大作用。因?yàn)榉N種原因，這種單芯片技術(shù)的軟/硬件可重編程功能的結(jié)合為安捷倫設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)帶來了巨大競爭優(yōu)勢，ARM網(wǎng)站博客介紹了具體情況。

雖然安捷倫這個(gè)例子講的是分析儀表應(yīng)用領(lǐng)域，但同樣的情況也適用于日常大多數(shù)市場。特別是在通信、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心市場上這種情況尤為明顯。隨著通信速率的提升，上述市場不斷需要最先進(jìn)的芯片生產(chǎn)工藝，從而實(shí)現(xiàn)所需的性能。但是，設(shè)計(jì)成本快速提升，細(xì)分市場越來越小而且快速增加，這些壓力同樣存在，再加上快速變化的標(biāo)準(zhǔn)也是市場的基本現(xiàn)象，因此ASIC和ASSP解決方案在經(jīng)濟(jì)上越來越?jīng)]有吸引力了。軟硬件All Programmable解決方案則越來越具吸引力。

現(xiàn)在您或許要想，我是不是太有點(diǎn)自吹自擂了。如果說我還沒有給您足夠的論據(jù)證明，那說明我的工作做得不好。下面給出賽靈思All Programmable器件在通信、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)取代200多款A(yù)SIC和ASSP的部分情況概覽：

根據(jù)上述論據(jù)，我希望您也能同意我的觀點(diǎn)，那就是越來越多應(yīng)用領(lǐng)域正在用All Programmable器件取代ASIC和ASSP，這是大勢所趨。我今后幾個(gè)月還要在All Programmable 星球社區(qū)進(jìn)一步深入地詳細(xì)分析這一趨勢，目的就是讓您了解更多信息，并通過我介紹的方法解決您自己的一些設(shè)計(jì)問題。