什么是专用集成电路（ASIC）？
专用集成电路（ASIC）是一种集成电路--单芯片上的一组电子电路--是为特定应用或功能而定制设计的，而不是用于通用用途。与设计用于处理广泛任务的通用处理器不同，ASIC 经过高度优化，可执行特定任务或流程。ASIC 广泛应用于对性能效率、功耗和空间优化要求极高的专用系统中。
ASIC 能够高精度、高速度地执行任务，是需要高性能专用硬件的应用的理想选择。这是因为 ASIC 专为高效处理特定计算任务而设计，因此在需要优化性能的环境中至关重要。例如，在数据中心，ASIC 可用于管理网络流量或加密。同样，在加密货币挖矿中，ASIC 通常也是首选，因为与通用CPU或GPU 相比，ASIC 可以更快、更节能地执行散列运算。
ASIC 的现代工业应用
ASIC 能够提供高性能、低功耗并减少物理占用空间，因此在各行各业得到广泛应用。它们的专用性使其非常适合在精度和效率至关重要的各种环境中执行特定任务。
- 电信：在现代电信基础设施中，ASIC 用于网络交换机和路由器，以最小的延迟管理高速数据路由和数据包交换，确保庞大网络中通信和数据流的顺畅。
- 汽车：在高级驾驶辅助系统（ADAS）和电动汽车（EV）中，ASIC 被集成到传感器模块中，用于实时处理雷达、激光雷达和摄像头输入，通过对不断变化的路况做出即时反应，实现更安全的驾驶体验。
- 消费电子：ASIC 为智能手机的图像处理装置提供动力，通过有效管理高分辨率图像和视频处理以及实时面部识别和增强现实功能，提高相机性能。
- 医疗保健：在医疗设备中，ASIC 被用于便携式诊断工具，如心电图监护仪，它们管理信号处理和数据传输，确保快速准确的结果，同时最大限度地降低功耗，延长电池寿命。
- 航空航天：在卫星通信中，ASIC 被用来处理信号调制和纠错，在优化数据传输的同时节约能源，这在电力有限的空间系统中至关重要。
- 制造业：ASIC 用于工业自动化系统，以控制机械臂和装配线。这些电路旨在处理精确的运动控制和实时决策，提高生产效率和准确性，同时最大限度地减少重复性任务中的错误。
专用集成电路的优缺点
专用集成电路的主要优势之一是其针对特定任务的优化性能。由于它们是为特定应用定制设计的，因此效率很高，处理时间更快，功耗更低。这使得 ASIC 非常适合数据中心、电信和消费电子产品等对性能和能效要求极高的环境。此外，ASIC 结构紧凑，可节省大量硬件配置空间，这对智能手机和医疗设备等设备尤为重要。
尽管 ASIC 有许多优点，但也有一些缺点。由于需要专门的工程设计和制造工艺，ASIC 的设计和开发可能既昂贵又耗时。一旦 ASIC 制作完成，就不能修改或重新编程，这意味着任何设计缺陷或更新都需要生产新的芯片。这种灵活性的缺乏对于快速发展的行业来说是一种限制，因为在这些行业中，适应性是关键。此外，开发 ASIC 的初始成本只有在大批量生产时才合理，因此不太适合小规模应用。
ASIC 开发时间表
几十年来，在技术进步和对专用硬件日益增长的需求的推动下，专用集成电路（ASIC）的发展取得了长足的进步。
- 1970s:早期概念和基本集成电路
定制设计集成电路的概念出现于 20 世纪 70 年代。早期的 ASIC 相对简单，主要用于计算器和早期数字手表等应用。这些电路为日后更复杂的 ASIC 设计奠定了基础。 - 1980s:消费电子产品中定制芯片的发展
20 世纪 80 年代，随着消费电子产品的普及，ASIC 技术开始蓬勃发展。公司开始为视频游戏机和家用电脑开发定制芯片，旨在优化图形渲染和信号处理等特定任务的性能。 - 1990s:电信和网络的兴起
随着电信和网络基础设施的发展，ASIC 在路由器、交换机和其他网络设备中得到广泛应用。这些芯片在处理高速数据传输方面至关重要，使通信网络更加高效可靠。 - 2000s:移动和多媒体设备的爆炸式增长
随着手机、数码相机和其他便携式设备的普及，ASIC 成为增强多媒体功能的关键。针对图像处理、实时视频编码和电源管理等任务开发的定制芯片，使设备变得更小巧、更节能。 - 2010s:数据中心、人工智能和专业计算
2010 年代，对高性能、低功耗计算的需求不断增加。专用集成电路成为数据中心不可或缺的部分，用于网络优化和加密等任务。此外，随着人工智能和机器学习工作负载的增加，定制设计的 ASIC（例如谷歌的张量处理单元（TPU））也被引入，以加速这些计算。 - 2020 年代及以后：先进技术和新兴应用
5G、自动驾驶汽车和边缘计算等技术的不断发展扩大了 ASIC 的作用。随着这些行业对更高性能、更低延迟和更高能效的需求，ASIC 的未来可能会出现更先进的定制设计，用于人工智能、机器人等新兴应用。
常见问题
- CPU 是 ASIC 吗？
不是，CPU（中央处理器）不是 ASIC。CPU 设计用于处理各种通用任务，而 ASIC 则是为特定应用或功能定制的。 - ASIC 可以重新编程吗？
不能，与 FPGA（现场可编程门阵列）不同，ASIC 一旦制造出来就不能重新编程。它们是为特定任务硬连线的，不能修改或更新，与更灵活的硬件选项相比，这是一个限制。 - 为什么 ASIC 比通用芯片更省电？
ASIC 更省电是因为它们专门设计用于执行一组有限的任务。这种专业化使它们能够避免通用芯片的开销。 - ASIC 使用什么语言？
ASIC 通常使用硬件描述语言 (HDL) 进行设计，如 Verilog 和 VHDL。这些语言允许工程师在高层次上描述电子电路的行为和结构，然后将其合成到 ASIC 的物理设计中。