¿Cuánto cuesta hacer un ASIC personalizado?

Investigué ASIC hace un tiempo y esto es lo que encontré:

Todo el mundo tiene diferentes definiciones para la palabra "ASIC". Hay (más o menos) tres categorías: Conversiones FPGA, ASIC "normal" y "completamente personalizado". Como era de esperar, estos están en orden de precio creciente y rendimiento creciente.

Antes de describir cuáles son, déjame decirte cómo se fabrica un chip... Un chip tiene de 4 a 12+ "capas". Las 3 o 4 capas inferiores contienen los transistores y algo de interconectividad básica. Las capas superiores se utilizan casi en su totalidad para conectar cosas entre sí. Las "máscaras" son como las transparencias utilizadas en el fotograbado de una PCB, pero hay una máscara por capa de IC.

Cuando se trata de hacer un ASIC, el costo de las máscaras es ENORME . ¡No es nada raro que un juego de máscaras (8 capas, 35 a 50 nm) cueste US$1 millón! Por lo tanto, no es una gran sorpresa saber que la mayoría de los proveedores de ASIC "más baratos" se esfuerzan mucho por mantener bajos los costos de las máscaras.

Conversiones de FPGA: Hay empresas que se especializan en conversiones de FPGA a ASIC. Lo que hacen es tener una "base" un tanto estándar o fija que luego se personaliza. Esencialmente, las primeras 4 o 5 capas de su chip son las mismas para todos sus clientes. Contiene algo de lógica que es similar a los FPGA comunes. Su versión "personalizada" tendrá algunas capas adicionales encima para el enrutamiento. Esencialmente, está utilizando su lógica, pero conectándola de una manera que funcione para usted. El rendimiento de estos chips es quizás un 30 % más rápido que el FPGA con el que comenzó. De vuelta en "el día", esto también se llamaría un chip "mar de puertas" o "matriz de puertas".

Pros: bajo NRE (US $ 35k es aproximadamente el más bajo). Cantidades mínimas bajas (10k unidades/año).

Contras: Altos costos por chip, tal vez el 50% del costo de un FPGA. Bajo rendimiento, en relación con las otras soluciones.

ASIC "normal": en esta solución, está diseñando cosas hasta el nivel de la puerta. Tomas tu VHDL/Verilog y lo compilas. El diseño de las puertas individuales se toma de una biblioteca de puertas y dispositivos que ha sido aprobada por el fabricante del chip (para que sepan que funciona con su proceso). Usted paga por todas las máscaras, etc.

Pros: Esto es lo que son la mayoría de los chips del mundo. El rendimiento puede ser muy bueno. Los costos por chip son bajos.

Contras: NRE para esto comienza en US $ 0,5 millones y aumenta rápidamente a partir de ahí. La verificación del diseño es muy importante, ya que un simple error costará mucho dinero. NRE+La cantidad mínima de pedido suele rondar el millón de dólares estadounidenses.

Totalmente personalizado: esto es similar a un ASIC normal, excepto que tiene la flexibilidad de diseñar hasta el nivel del transistor (o inferior). Si necesita hacer un diseño analógico, un consumo muy bajo, un rendimiento muy alto o cualquier cosa que no se pueda hacer en un ASIC normal, entonces esto es lo que necesita.

Pros: Esto requiere un conjunto muy especializado de talentos para hacerlo correctamente. El rendimiento es excelente.

Desventajas: Las mismas desventajas que el ASIC normal, solo que más. Las probabilidades de arruinar algo son mucho más altas.

La forma en que hagas esto realmente depende de la cantidad de trabajo que quieras asumir. Podría ser tan "simple" como dar los archivos de diseño a una empresa como TSMC o UMC y te devuelven las obleas desnudas. Luego, debe probarlos, cortarlos, empaquetarlos, probablemente volver a probarlos y finalmente etiquetarlos. Por supuesto, hay otras empresas que harán la mayor parte de ese trabajo por usted, por lo que todo lo que recibe son los chips probados listos para colocar en una PCB.

Si ha llegado a este punto y todavía parece que lo que quiere hacer es un ASIC, entonces el siguiente paso sería comenzar a buscar empresas en Google y hablar con ellas. Todas esas empresas son ligeramente diferentes, por lo que tiene sentido hablar con todas las que puedas soportar. También deberían poder decirle cuál es el próximo paso más allá de hablar con ellos.

Hay dos formas principales de fabricar un ASIC si busca procesos de terceros, como IBM, ONsemi, STMicro, etc. La primera es trabajar directamente con la fundición (fabricante) y la segunda es trabajar con un grupo que procesa pedidos más pequeños.

Al trabajar directamente con el fabricante, normalmente compra una serie de producción para un chip en particular. Esto le dará múltiples obleas con múltiples copias de una retícula. Una retícula normalmente tendrá entre 15 y 20 mm ² . Podrías poner lo que quieras en ese espacio, y luego dividirías la oblea en los diseños individuales. Si estuviera realizando una producción de un solo chip, su diseño se colocaría aquí. No sé los precios de esto, pero probablemente sería algo como:$Cost = Masks + N \times Wafers$, donde las máscaras son una parte dominante de su costo. Estimaría que para los últimos procesos de 40nm, los costos comienzan alrededor de $2 millones.

Si no está buscando grandes volúmenes, o si desea crear un prototipo de un diseño, hay empresas que comprarán una corrida de una fundición por una o dos obleas y luego venderán el espacio en la retícula. Hay dos grandes empresas: MOSIS y CMP . Planean comprar solo una o dos obleas y un juego de máscaras, por lo que sus costos de producción son básicamente fijos. Sus precios normalmente se basan en el tamaño de su diseño en mm ² . MOSIS no publica sus tarifas, pero sí la tarifa más barata de CMP en un proceso de 0,35 micras por 650 Euros/mm ² . Un diseño no trivial probablemente costará $3000 o más por 40 fichas. Cuanto más fino es el tamaño de la característica, más caro es hacer las máscaras.

Otro elemento a considerar es que el software de diseño necesario para diseñar y verificar los circuitos integrados NO es barato, a menos que lo esté haciendo desde un entorno universitario.

Si bien es cierto que crear un chip es muy costoso, TSMC y otras fábricas brindan "servicios de transporte" que ponen muchos dispositivos de muchas personas en el dado y reducen el precio significativamente. Incluso escuché que una empresa obtuvo algunas muestras de sus dispositivos por $ 1500, que es extremadamente bajo si se consideran las alternativas. Antes que nada, es mejor implementar tanto como sea posible en un FPGA para garantizar que la lógica sea correcta, etc., etc.

Eche un vistazo aquí: http://www.tsmc.com/english/dedicatedFoundry/services/cyberShuttle.htm

Ahora, a fines de 2018, una empresa está trabajando en una plataforma " Itsy-Chipsy " (suponiendo una colección de herramientas de software más servicios de fábrica) para producir dos chips prototipo por alrededor de $ 400 en un tamaño de 350x350um que puede adaptarse a 14000 puertas . Si el tamaño del área se divide aún más por 4, hasta 170x170um, el costo sería de aproximadamente $100 .

El precio de $ 100 se basa en el precio de un chip de 2x2 mm de MOSIS, dividido por 16, luego por 4. Los comentarios en la página de hackaday anterior tienen más información, pero aún no se han resuelto todos los detalles. Han visitado las fábricas y afirmaron haber iniciado una campaña de financiación colectiva este año. Esto implica: con MOSIS para un chip de 2x2 mm de tamaño, cuesta $5000 obtener 40 chips.

Una cosa buena de esto es que utilizará todas las herramientas de código abierto, desde ngspice.sourceforge.net, opencircuitdesign.com qflow and magic, y clifford.at yosys. Aunque no tengo idea de cómo se pueden usar esas herramientas con las bibliotecas, y lo que se necesita. Será interesante ver cómo funcionará.

Mirando la lista de precios de CMP MPW del 18 de septiembre en un archivo pdf : en un proceso CMOS C35B4C3 de .35um, el precio por mm ^ 2 es de 650 euros, y el área mínima cargada es de 3,43 mm ^ 2. Eso es alrededor de 2230 euros, por 25 troqueles desnudos . Esta cifra es más una realidad a partir de hoy.

Una plataforma de diapositivas en nmi.org.uk de imec con fecha de 2016 indica que un ejemplo de MPW en .18um cuesta $ 25,000 por 40 troqueles en un área mínima de 25 mm ^ 2 en la primera oblea. Cada 40 troqueles adicionales cuestan $2000.

La presentación también muestra los costos de las máscaras dedicadas: para el mismo ejemplo, el primer lote de 14 obleas costó $134 000 por troqueles de 14x2945. Y cada oblea adicional de 2945 troqueles cuesta $1000. El costo adicional por dado es de $0.34. Esta cifra de $ 134,000 coincide con el número de $ 100,000 que mencionaron otras pocas respuestas.

Un hilo de 2013 en bitcoin.org titulado "¿Por qué el costo de desarrollo asic es > 1 millón?" compartió algunos números: [1] un receptor de onda larga, involucró a 10 ingenieros durante un año por $500k, dos cintas de salida de ingeniería $250k, y $250k por 10k chips + hardware de verificación y validación. [2] El chip de minería de bitcoin avalon probablemente costó alrededor de $ 400k en total, lo que se calculó en función del volumen de pedidos anticipados. [3] Algunos otros números comunes para la minería de bitcoin son ~150k USD para 130nm, 200-300k USD para 110nm y ~500k USD para 65nm, a partir de 2013. Aunque esos chips probablemente tengan una complejidad menor.

Solo quería agregar esto en:

http://cmp.imag.fr/products/ic/?p=prices <-- CMP El precio por mm^2 de la lista de precios actual es para 25 troqueles desnudos excepto MEMSCAP y TriQuint.

Puedes hacerte con una asic CMOS C35B4C3 de 0,35u (350nm), por solo 650 euros/mm2 (3), aunque sus gastos de envío son bastante elevados (hasta 100 euros) y tienes que pagar extra si quieres que te lo empaquen. Uds.

En el otro extremo de la escala, puede obtener un CMOS CMOS28LP de 28nm por solo 15000 euros/mm2 (1) si está haciendo menos de 3 mm^2.

Permítanme ser el primero en afirmar que los ASIC personalizados no son para los débiles de corazón. Las piezas del catálogo ya son bastante malas. Como referencia, una sola máscara en TSMC alrededor de 2010 para un proceso BiCmos de 0.18um costaba alrededor de $ 25k.

Estudio de caso: Trabajé en un chip regulador de dólar semi personalizado para un cliente. Mi empresa es un fabricante de semiconductores de Fortune 100.

Cobramos algo así como $ 200k NRE, con la expectativa de enviar al menos $ 2 millones. El cliente fijó el costo máximo del dispositivo en un cierto punto de precio, sobre el cual simplemente usaría otra solución. Además, después de un pequeño período de tiempo, el dispositivo no sería exclusivo para ese cliente.

Pensamos que sería pan comido, simplemente copie y pegue la IP existente y luego modifique el diseño para adaptarlo. Desafortunadamente, hubo problemas en la fabricación, el ensamblaje, la calificación, la prueba, la caracterización, el diseño y la aplicación que requirieron una nueva rotación del dispositivo.

Lo hicimos bien en la segunda ronda, pero nuestro cliente nunca antes había hecho un ASIC personalizado, no tenía grandes especificaciones y realmente no sabía en qué se estaba metiendo. Básicamente, hicimos toda la integración del sistema porque no pudieron construir una placa de circuito impreso para salvar sus vidas (calor, selección de paquetes, emi...)

Una opción es hacer una conversión FPGA. Tanto Altera como Xilinx tienen eso. Yo iría con Altera. Los precios están en los $100's k US.

Cuando estaba haciendo simulaciones lógicas para el diseño de ASIC, escuché $100,000 (EE. UU.) como precio por un lote de tamaño mínimo de un solo diseño de ASIC, pero eso fue hace unos 10 años, y probablemente solo para una empresa.

¿Ha considerado usar un FPGA? Con un FPGA, puede reorganizar los componentes de hardware en un chip sin el costo de crear su propio chip. Si estás en una universidad, es posible que tengan su propio FAB pequeño. La universidad a la que fui sí. Si no lo hacen, tal vez podría hablar con alguien en una universidad que tenga un FAB y ver si puede hacer que hagan su chip, las tarifas probablemente serían más bajas que las de una fundición.

¿Miraste esto? http://www.europractice-ic.com/ Tienen una lista de precios completa en el sitio web. Un proveedor de servicios similar, que acepta pequeños proyectos, es MOSIS ( https://www.mosis.com/ ).

También ofrecen servicios adicionales y proporcionan licencias de software según las necesidades. En general, para obtener el precio completo, debe enviar una lista de los servicios que necesita y estarán encantados de proporcionarle una cotización. Tenga en cuenta que el costo de fabricación es solo una fracción del costo total de un ASIC. Una parte significativa del costo final se la llevan las licencias, pruebas, calificación y empaque. En la práctica, puede gastar entre 5000 € y 10 000 € por un asic analógico relativamente simple en tecnología de 0,35 µ, incluido el embalaje pero sin ninguna garantía de calidad (sin servicios, sin bloques de IP, sin prueba).