METODE PERANCANGAN ASIC YANG SUKSES
Hasdari Helmi
Staf Pengajar Departemen Elektro Fakultas Teknik USU, Medan
Abstrak: Tulisan ini menjelaskan tahapan perancangan rangkaian elektronika digital yang sukses
menggunakan rangkaian terintegrasi dengan aplikasi khusus. ASIC merupakan rangakaian terintegrasi yang sengaja dirancang untuk memenuhi tujuan dan fungsi tertentu. ASIC mempunyai keuntungan tertentu, seperti, kepadatan komponen, kehandalan, kekhususan dan kerahasian chip dan daya rendah serta biaya produksi rendah untuk jumlah besar. Perancangan ASIC yang sukses dan berhasil baik dengan sekali rancang jadi, diperlukan seorang perancang yang berpengalaman, metodologi yang tepat, tool dari vendor, hubungan perancang dan vendor yang baik untuk menghasilkan suatu sistem elektronika yang berkerja sesuai keinginan pemesan.
Abstract: The paper describes important order to design digital electonic circuits successful use Application
Specific Integration Circuits (ASIC). ASIC is integrated circuits what is designed to complete fixed functions of system. ASIC have advantage like complexity, visibility, security , low power and low cost fee production for big quantity. Designer who is successful and good with first time though is required experiences designing, exactly methodology, tool from vendor, and so, between designer and vendor have good communications to output a good system for working is wanted.
Kata kunci: ASIC, kehandalan, chip, tool, vendor, metodologi.
I. PENDAHULUAN.
ASIC (Application Specific Integration Circuits) merupakan rangkaian terintegrasi aplikasi yang dirancang dan direalisasikan untuk memenuhi tujuan dan fungsi tertentu. Rangkaian terintegrasi Apilikasi khusus (ASIC) adalah salah satu alternatif realisasi perancangan sistem bidang mikroelektroniknika Hal ini berkaitan dengan membanjirnya produksi rangkaian terintegrasi pada era tahun 1970 yang mana sesama pabrik saling membajak produksi lainnya, sehingga konsumen tidak dapat membedakan produksi asli pabrik. Kemudian produksi ASIC ini berkenaan dengan keperluan peralatan militer serta kebutuhan
komponen dalam ukuran mini.
Umumnya rangkaian ini direalisasikan dengan meotode semicustom dan full-custom mempunyai keuntungan tertentu, seperti :
♦ Kepadatan komponen dn performance yang tinggi.
♦ Kekhususan dan kerahasian chip. ♦ Kebutuhan daya rendah.
♦ Kehandalan tinggi.
♦ Biaya produksi rendah untuk jumlah besar. Karakteristik perkembangan ASIC ditujukan seperti pada gambar 1.
Diperlukan waktu singkat m enuju pasar
2 tahun
1 tahun
6 bulan
3 bulan Hasil Rancangan yang diinginkan:
lebih handal biaya rendah lebih cepat 900 M IPS 100 M IPS 10M IPS 1995 2001 4 M IPS 1991 1989 1987 kom pleksitas rancangan m eningkat
II. Problematika Perancangan ASIC
Masalah yang sering dijumpai pada perancangan ASIC dimana fungsi sistem tidak bekerja sesuai yang diinginkan. Untuk menghindari kesalahan hasil rancang diperlukan :
♦ Perancang yang berpengalaman.
♦ Perancang mengerti dan memahami seluk-beluk tahap-tahap proses rancangan ASIC ♦ Memilih tool (alat bantu peracangan) yang
tepat.
♦ Hubungan perancang dengan vendor ASIC III. TIPE-TIPE ASIC DAN TEKNOLOGINYA Suatu sistem elektronika yang diimplementasikan menggunakan ASIC harus memilih tipe ASIC, teknologi ASIC dan penggunaan ASIC sebelum rancagan diproses lebih lanjut. Hal ini harus dilakukan seorang perancang, jika tidak ingin menerima resiko yang fatal.
Terdapat 5 tipe jenis ASIC yang tersedia, pemesan dapat memilih jenis ASIC untuk
mengimplementasikan sistem elektronika yang dikehendaki, yaitu :
♦ Gate Array ♦ Standard Cell ♦ Programmable logic ♦ Full Custom
Gate array, standard cell, compiled cell dan programmable logic di sebut ASIC semi-cutom karena mask yang dibutuhkanhanya beberapa buah saja, sedangkan ASIC full-custom seluruh mask layer ditentukan perancang.
III.1. Teknologi ASIC.
Beberapa teknologi tersedia dalam merancang ASIC sesuai keperluan suatu sistem yaitu : CMOS, TTL, ECL, Ga, As, BICMOS.
Masing-masing teknologi memiliki karakteristik seperti ditujukan table 2.1.
Salah satu contoh gate HAND menggunakan teknologi BICMOS ditujukan pada gambar III..1.
Table III.1. Karakteristik teknologi ASIC.
TEKNOLOGI KECEPATAN KEPADATAN DAYA CMOS TTL BICMOS ECL GaAS 50 MHz 100 MHz 50 MHz >1 GHz >3 GHz Sangat Tinggi Sedang Tinggi Rendah Sangat Rendah Sangat Rendah Rendah Rendah Sangat Tinggi Sedang
Metode Perancangan Asic yang Sukses Hasdari Helmi Design Capture Delay Estimation Local And Timing Simulasi Automatic Placement And Routing FOUNDRY AUTOMATIC TEST GENERATION
Wire Lengths
Custumer inputTest Vectors
Gambar III.2. Diagram aliran perancangan ASIC.
Pada umumnya, vendor memberikan tooltahap-tahap perancangan ASIC yang digunakan pabrik, antara lain : skematik, simulasi aliran proses, perancangan fisik, pengujian, serta pembuatan prototip, verifikasi, test prototip. Secara umum proses perancangan ASIC hampir sama vendor. Masing-msing tahap harus dilakukan dengan lengkap dan baik. Gambar III.2, menunjukkan aliran proses perancangan ASIC.
IV. PERANCANGAN ASIC YANG SUKSES Seorang perancangan ASIC yang baik memulai bekerja pada level high behaviroral untuk mengembangkan bagian-bagian fungsi yang penting yang menunjang spesifikasi dari rancangan ASIC
yang diminta. Hal ini disebabkan rangkain ASIC kepadatannya lebih tinggi , misal kepadatan 200.000 gate memerlukan teknik perancangan tersendiri untuk dapat mengontrol sistem yang kompleks tersebut. Ini dapat dilakukan dengan perancangan otomatis elektronik.
IV.1. Tahapan Perancangan ASIC
Chart Y (Gajski dan Kuhn 1983), memberikan tahap perancangan ASIC dari level fungsi terdiri dari 3 tingkatan seperti terlihat pada gambar IV.1., yaitu :
1. Behavioral 2. Struktural 3. Physical Geometry BEHAVIORAL STRUCTURAL PHYSICAL/GEOMETRY LOGIC SYNTHESIS SYSTEM ALGORITMA MICROARCHITECTURE
SYSTEMS LOGIC PROCCECSOR ALGORITHMAS HARDWARE MODUL
REGISTER TRANSFE CIRCUIT ALUs, REGISTER
LOGIC GATES, FFs TRANSFER FUNGTION TRANSISTOR
RECTANGLES
CELL, MODUL PLANS FLOOR PLAN CLUSTER PHYSICAL PARTITIONS Physical Synthesis
IV.2. Perancangan Tingkat Behavioral.
Tujuan dari perancangan level ini adalah untuk mengabaikan banyak hal-hal detail dari fungsi rancangan. Hal ini sangat menguntungkan perancang sebab perancangan dilakukan lebih cepat dan akurat serta memudahan untuk memeriksa kembali suatu rangkaian dan mengoptimumkannya. Model VHDL (Verification Hardware Description Languanges) seperti ditunjukkan gambar IV.2.
VHDL Specification
Behavioral
Structural
Gambar IV.2. Penggunaan VHDL pada tingkat perancangan behavioral dan structural
IV.3. Perancangan Tingkat Struktural.
Pada tingkat struktural, perancang sudah dihadapkan pada perancangan hardware yang sebenarnya. Untuk rangkaian yang sangat kompleks (>250.00 gate), maka perancangan menjadi sangat sulit. Untuk mengatasi kesulitan tersebut vendor menawarakan perangkat yang dapat memberikan skematik gate yang terstruktur.
IV.4. Perancangan Tingkat Phisical Geometry. Pada tingkat ini, mendeskripsikan fisik dari seluruh rancngan yang telah dibuat untuk menghasilkan suatu data-base bagi pemrosesan rancangan ASIC yang dikendaki.
IV.5. Standard Electronic design Automation (EDA)
Tool ini merupakan ‘schematic capture tools’ yang berguna bagi perancang membuat skema rangkaian tanpa pensil dan kertas. Gambar IV.3, menunjukkan contoh sel yang terdapat pada sel – library. A B A B C X C X Sel - librari Simbol logika
Metode Perancangan Asic yang Sukses
Hasdari Helmi
IV.6. Silicon compiler
Silicon Compiler untuk menterjemahkan perancangan dari level behavioral ke level structural. Silicon Compiler merupakan alat optomis suatu rancangan untuk menghasilkan kepadatan layout logic yang efisien. Tipe-tipe Silicon Compiler antara lain :random logic, datapath, module compiler dan tile-based.
IV.7. Sintesis Logika
Sintesis logika merupakan suatu proses yang dengan otomatis dapat membentuk ekivalen structural logic dari deskripsi rangkaian behavioral. Deskripsi rangkaian behavioral digunakan pada Simulasi digital untuk memverifikasikan rancangan sejauh mana sudah memenuhi spesifikasi yang kehendaki.
V. Metodologi Perancangan ASIC
Untuk menghasilkan kualitas ASIC yang diinginkan, biaya produksi rendah dan waktu perancangan singkat tanpa mengalami perancangan ulang diperlukan metodologi peracangan ASIC yang valid
Terdapat dua metodologi yang umum digunakan untuk pengembangan perancangan ASIC yang berhasil, yakni :
1. Metodologi perancangan Botton-Up. 2. Metodologi perancangan Top-Down. V.1. Metodologi Perancangan Bottom – Up
+Metodologi perancangan Bottom-Up merupakan metodologi yang banyak digunakan para perancang. Dimulai dari level struktur, yakni memilih dan menghubungkan sel/gerbang logika. Kerumitan dan kepadatan divais rangkaian diatasi dengan pendekatan hieraksi seperti ditunjukkan gambar V.1.
Gambar V.1, memperlihatkan beberapa bagian dari rancangan structural diganti blok kotak yang mempunyai fungsi tertentu (ditandai dengan huruf M). kemudian setelah perancangan keseluruhan selesai, M diganti dengan rangkaian yang sesuai.
Metodologi ini efektif untuk jumlah gate lebih kecil 10.000 buah. Jika kepadatan divais lebih besar, metodologi ini akan menyebabkan waktu perancangan lama, kehandalan menurun dan biaya tinggi.
Perancangan secara hirarki
Rangkain keseluruhan M Perancangan flat M
Rangkaian yang sesuai
V.2. Metodologi Perancangan Top-Down
Metodologi ini perancangan Top-Down merupakan metodologi perancangan ASIC degnan kepadatan gate lebih besar 10.000 buah dan lebih disukai para perancang. Langkah perancangan adalah menentukan spesifikasi rancangan hingga keseluruhan rancangan dipisah-pisah menjadi blok-blok logika.
KESIMPULAN
Dari paper ini dapat diambil kesimpulan bahwa bila seseorang perancang mengerjakan rancangan ASIC untuk dikatakan sukses dan berhasil tanpa perancang harus mengikuti langkah-langkah sebagai berikut :
1. Seorang perancang harus belajar untuk mengerti dan memahami seluk-beluk tentang ASIC, teknologi dan proses pembuatan ASIC secara keseluruhan.
2. Seorang perancang harus mengikuti per-kembangan ASIC melalui informasi yang ada. 3. Perancang harus mengetahui manfaat ASIC yang
dirancang, keuntungan dan kerugian menggunakan ASIC, jenis ASIC yang diinginkan, biaya tersedia, waktu perancangan serta kompleksitas rangkaian.
4. Untuk merancang ASIC yang berhasil dengan sekali rancang dengan sasaran kualitas produksi IC yang diinginkan, biaya produksi rendah dan waktu perancangan singkat maka seorang perancang harus :
♦ Menggunakan metode perancangan bottom-up (untuk kepadatan <10.000 gate)dan top-down (>10.00 gate).
♦ Perancangan akan berhasil baik bila dimulai dari tahap perancangan behavioral, struktur dan physical geome try.
♦ Menggunakan alat bantu (tool) seperti : EDA, logic synthesis, silicon compiler.
DAFTAR PUSTAKA
1. Perancangan dan pembuatan sistem elektronika menggunakan mikrokontroller MC68705U3 untuk uji coba pada kenyamanan rumah tangga, Hasdari Helmi, tesis, ITB Bandung , 1995
2. Hardware Programmable Devices, oleh Soegijadjo Soegijoko dkk, PAU Bidang Mikroeloktronika, ITB Bandung, 1992.
3. Succesful ASIC Design the first time though by Jhon P.Huber and Mark W.Rosneck
Chapter 1 to 4 Van Nostrand Reinhold New York, AS, 1991
4. Diktat Kuliah Singkat ‘Pengantar Sistem VLSI’ PAU Bandung, 1988/1980.