Zielsetzung der Arbeit ist es, ASIC, ASSP und FPGA im Vergleich zueinander zu setzen. Dabei werden verschiedene Kriterien in Betracht gezogen und jeweils die Vor- und die Nachteile aufgezeigt.
Auf die Einleitung in Kapitel 1 folgt in Kapitel 2 eine Einführung in die Digitaltechnik als Basis für die weitere Ausarbeitung. Das Kapitel gibt einen Überblick über die Booleschen Operatoren und Schaltsymbole, Flip-Flops und Transistoren. Des Weiteren liegt der Schwerpunkt dieses Kapitels auf den integrierten Schaltkreisen, genauer genommen auf deren Entwicklung, Aufbau und Potenzial. Aufbauend auf den Erkenntnissen von Kapitel 2 wird in Kapitel 3 der Aufbau und die Definition von ausgewählten kundenspezifischen, integrierten Schaltungen thematisiert. Dabei werden ASIC, ASSP und FPGA beschrieben und charakterisiert. In Kapitel 4 werden beispielhaft Anwendungsbereiche und die Anwendungsunterschiede von ASIC, ASSP und FPGA aufgezeigt. Kapitel 5 widmet sich anschließend den Unterschieden der kundenspezifischen integrierten Schaltungen. Betrachtet werden dabei die Entwicklungszeit und -kosten, die Stückkosten, die Konfigurierbarkeit, die Leistungsfähigkeit, die Stör- und Fehleranfälligkeit und die Sicherung des Know-hows. Abschließend werden im letzten Kapitel 6 die Fakten zusammengefasst und ein kurzes Fazit gegeben.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Zielsetzung der Hausarbeit
1.2 Aufbau der Hausarbeit
2 Einführung in die Digitaltechnik
2.1 Flip-Flops
2.2 Transistoren
2.3 Integrierter Schaltkreis
2.3.1 Entwicklung und Aufbau integrierter Schaltungen
2.3.2 Potenziale integrierter Schaltungen
3 Aufbau und Definition kundenspezifischer integrierter Schaltungen
3.1 ASIC
3.2 ASSP
3.3 FPGA
4 Anwendungsbereiche
5 Unterschiede
6 Zusammenfassung/Fazit
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, die kundenspezifischen integrierten Schaltungen ASIC, ASSP und FPGA detailliert zu vergleichen, ihre spezifischen Vor- und Nachteile gegenüberzustellen und Kriterien für ihre jeweilige Eignung zu definieren.
- Grundlagen der Digitaltechnik
- Aufbau und Funktionsweise von ASIC, ASSP und FPGA
- Anwendungsbereiche in der modernen Elektronik
- Vergleich von Entwicklungsaufwand, Kosten und Performance
- Entscheidungsfaktoren für den Einsatz spezifischer Halbleitertechnologien
Auszug aus dem Buch
3.1 ASIC
ASIC ist ein Akronym für „Application Specific Integrated Circuits“ und bezeichnet anwenderspezifische integrierte Schaltungen (Chinnery & Keutzer, 2007, S.1f). Erfunden wurden ASIC Mitte der 60er Jahre und vermehrt werden sie seit Anfang der 80er Jahre eingesetzt. ASIC ermöglichen über 400 Anschlüsse zusammengefasst auf dem Chip (Bressler et al., 2017, S.659). Ein ASIC basiert auf vielen logischen Grundbausteinen. Diese werden auf einer Siliziumplatte zusammengefasst, die nur einige Quadratmillimeter groß ist (Gehrke et al., 2016, S.210). Verwendet werden können nach Bedarf Logikbausteine wie Logikgatter und Flip-Flops´s. (Gehrke et al., 2016, S.8) ASIC lassen sich an die Kundenwünsche anpassen. Dabei wird zwischen zwei Arten von ASIC unterschieden: die Halbkundendesign-ASIC und die Vollkundendesign-ASIC (Fricke, 2018, S.187f).
Bei den Halbkundendesign-ASIC (auch semi-custom genannt) besteht bereits eine vorgefertigte Struktur der Bauelemente. Diese werden dann nach Anforderung des Anwenders durch ein programmierbares Verknüpfungsfeld oder zusätzlichen Metallisierungsebenen nachträglich verdrahtet (Bressler et al., 2017, S.659). Dies wird anhand von Hardwarebeschreibungssprachen, wie zum Beispiel VHDL, durchgeführt (Gehrke et al., 2012, S.75).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung stellt die Bedeutung der Digitaltechnik dar und definiert die Zielsetzung der Arbeit, einen Vergleich zwischen verschiedenen kundenspezifischen Schaltungen zu ziehen.
2 Einführung in die Digitaltechnik: Dieses Kapitel vermittelt die notwendigen Grundlagen zu digitalen Zuständen, Flip-Flops, Transistoren sowie zum Aufbau und Potenzial integrierter Schaltkreise.
3 Aufbau und Definition kundenspezifischer integrierter Schaltungen: Es erfolgt eine detaillierte technische Einordnung und Charakterisierung der Schaltungstypen ASIC, ASSP und FPGA.
4 Anwendungsbereiche: Hier werden die typischen Einsatzgebiete und die spezifischen Anwendungsunterschiede der betrachteten Schaltungen erläutert.
5 Unterschiede: Dieses Kapitel analysiert kritische Vergleichsparameter wie Entwicklungszeit, Kosten, Konfigurierbarkeit und Leistungsfähigkeit.
6 Zusammenfassung/Fazit: Das abschließende Kapitel resümiert die Ergebnisse und hält fest, dass die Wahl der passenden Schaltung von Faktoren wie Stückzahl, Entwicklungsaufwand und Anwendungszweck abhängt.
Schlüsselwörter
Digitaltechnik, ASIC, ASSP, FPGA, integrierte Schaltungen, Halbleiter, Mikroelektronik, CMOS, Transistor, Hardwarebeschreibungssprache, Konfigurierbarkeit, System-on-Chip, Logikgatter, Stückkosten, Entwicklungszeit.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt das Feld der kundenspezifischen integrierten Schaltungen und analysiert die Unterschiede zwischen ASIC, ASSP und FPGA hinsichtlich ihrer technischen Eigenschaften und wirtschaftlichen Aspekte.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die Grundlagen der Digitaltechnik, der Aufbau von Halbleiterbauelementen, die Differenzierung der Schaltungstypen sowie die wirtschaftliche Bewertung ihres Einsatzes.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist ein fundierter Vergleich von ASIC, ASSP und FPGA, um Vor- und Nachteile für verschiedene Anwendungsszenarien aufzuzeigen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Literaturrecherche und der systematischen Gegenüberstellung technischer und ökonomischer Kriterien (wie Entwicklungszeit und Kosten) der untersuchten Schaltungstypen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine theoretische Einführung in die Digitaltechnik, die Definition der Schaltungstypen, eine Analyse der Anwendungsgebiete sowie einen direkten Vergleich der verschiedenen Technologien.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die zentralen Begriffe umfassen Digitaltechnik, Halbleiter, ASIC, FPGA, ASSP, System-on-Chip sowie ökonomische Faktoren wie Entwicklungszeit und Stückkosten.
Warum sind ASIC für kleine Stückzahlen oft unwirtschaftlich?
Aufgrund der sehr hohen Fixkosten für die Entwicklung und Fertigung von ASIC amortisieren sich diese erst bei sehr hohen Produktionsvolumina, was bei kleinen Stückzahlen einen zu hohen Preis pro Einheit zur Folge hätte.
Inwiefern unterscheiden sich FPGA von ASIC bei der Konfigurierbarkeit?
Im Gegensatz zu fest verdrahteten ASIC können FPGA durch Programmierung an geänderte Anforderungen angepasst werden, was sie deutlich flexibler macht, jedoch zu Einbußen bei der Leistungsfähigkeit führen kann.
- Arbeit zitieren
- Anonym (Autor:in), 2021, Kundenspezifische integrierte Schaltungen. Ein Vergleich zwischen FPGA, ASSP und ASIC, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1042115
