¿Cuál es la relación entre VLSI, VHDL, Verilog, sistemas integrados, ASIC y FPGA? Si conozco VHDL, ¿puedo trabajar en una empresa que requiera conocimiento de VLSI?

Todos los términos en su pregunta pueden estar mejor relacionados si comprendiera el flujo del proceso involucrado en la implementación de un IC (circuito integrado) en el entorno de producción.

Estos son los pasos (en resumen) involucrados en la implementación de un IC en el entorno de producción.
1) Especificaciones / requisitos de IC -> Aquí es donde las partes interesadas o los clientes especifican los requisitos / especificaciones del IC que se implementará
2) Diseño -> Este es un gran proceso. Se trata de diseño arquitectónico, diseño funcional y lógico, diseño de circuitos, diseño físico, diseño de disposición, etc.
3) Verificación y fabricación -> Se realiza una verificación para cada etapa del diseño, como verificación de arquitectura, verificación funcional, verificación de circuito, verificación de diseño físico, verificación de diseño y luego se fabrica el IC. Después de la fabricación, se empaqueta y se prueba para detectar posibles fallas en la fabricación y el embalaje. Ahora el chip está listo.
4) Diseño y desarrollo del sistema embebido -> En este proceso, basado en la aplicación para la que se utilizará el IC, se realiza el diseño del hardware, el diseño de la PCB con el IC. Posteriormente se desarrollan firmware, cargadores de arranque y software de aplicación para su uso en aplicaciones físicas.

Ahora intentaré relacionar los términos de su pregunta con el proceso anterior.

VLSI

VLSI (integración a gran escala) es una tecnología que nos ayuda a integrar millones de transistores en un chip pequeño. Es un flujo de diseño estructurado que permite a millones de transistores sentarse juntos y trabajar en un solo microchip al guardar el área del microchip. Esto viene bajo el flujo del proceso de diseño de circuitos.

VHDL y VERILOG

VHDL (VHSIC HDL o lenguaje de descripción de hardware de circuito integrado de muy alta velocidad) y VERILOG son lenguajes de programación que nos ayudan a automatizar el diseño de circuitos integrados. Estos lenguajes nos permiten simular nuestros diseños antes de enviarlos a la fabricación. Nos ayuda a diseñar circuitos integrados en el nivel RTL (nivel de transferencia de registro) y también nos permite traducir este diseño RTL a una lista discreta de puertas lógicas que luego se enviarán al diseño y al enrutamiento para la colocación adecuada de estas puertas lógicas en el chip. No solo estas tecnologías nos permiten simular, sino que también nos permiten emular nuestro diseño en FPGA (Field Programmable Gate Array), que luego nos permite verificar posibles fallas en nuestro diseño. Estos lenguajes no solo se utilizan para diseñar los circuitos integrados, sino también para verificar los diseños mediante bancos de pruebas (un conjunto de programas destinados a probar el diseño). Estos bancos de pruebas también se pueden escribir en los idiomas VHDL y Verilog. Estas tecnologías se utilizan en el flujo del proceso de diseño y verificación. Para ser específicos, corresponde al nivel de diseño RTL.

Sistemas embebidos

Ahora un IC está diseñado para un propósito. Este propósito podría ser un propósito general o un propósito especial. Cuando los CI programables se diseñan para uso general (multipropósito) se denominan Microprocesadores , cuando se diseñan para un propósito especial (único o único) se denominan Microcontroladores. Los sistemas integrados son aquellos que están diseñados para un propósito especial (por ejemplo, sistemas de controlador GPS, sistemas de control de motores, unidades de control de motores (ECU), etc.). Como los sistemas embebidos están destinados a un único propósito, están diseñados con microcontroladores. Esto se incluye en el flujo del proceso de diseño y desarrollo de sistemas integrados.

ASIC (circuito integrado de aplicación específica)

Este es un flujo de diseño que se usa para diseñar circuitos integrados que se usan solo para fines específicos. Hay muchos desafíos involucrados en el diseño de circuitos integrados para fines específicos, tales como restricciones en el tamaño de los circuitos integrados, memoria de los circuitos integrados, presupuesto de la aplicación, velocidad de ejecución, etc. Todos estos desafíos y limitaciones pueden manejarse utilizando este flujo de diseño ASIC. Esto viene bajo flujo del proceso de diseño.

FPGA (matriz de puerta programable de campo)

Es un circuito integrado que está diseñado de tal manera que nos permite configurar sus conexiones internas utilizando lenguajes de programación como VHDL y Verilog. Estos chips son muy útiles para los diseñadores de circuitos integrados, ya que permiten a los diseñadores / ingenieros de verificación emular diseños y garantizar la funcionalidad adecuada en el dominio del hardware. Cualquier diseño de IC que use VHDL o Verilog se puede emular en estos FPGA. Esto viene bajo flujo de proceso de verificación.

Antes de abordar su segunda pregunta, espero haberte hecho entender la diferencia entre VLSI y VHDL / Verilog. Para que quede claro, lo especificaría una vez más.

VLSI es un flujo de trabajo de diseño de circuito, que trata con un diseño de muy bajo nivel . Implica el diseño de bibliotecas CAD para circuitos analógicos / digitales populares como Registros / Reguladores de voltaje / Sumadores / Subtractores / Multiplexores / Codificadores / Decodificadores. Decide cómo se deben colocar y conectar los transistores en el CI real.

VHDL / Verilog es un diseño de nivel relativamente alto en comparación con VLSI. Implica el diseño a nivel RTL. Aquí los diseñadores suponen que los registros están disponibles (desde bibliotecas CAD) y comienzan a diseñar desde allí. No tiene relación con el diseño del circuito del transistor, los cálculos de resistencia y capacitancia, etc.

Por lo tanto, debe tener claro que el conocimiento de VHDL no es suficiente para trabajar en una empresa que requiere conocimiento de VLSI. Tendrá que aprender las técnicas involucradas en el diseño de VLSI antes de comenzar una carrera en VLSI.

¡Espero que haya respondido todas tus preguntas!

¡Se trata de chips, cricuits integrados!

Este es un ejemplo de un chip:

(fuente de la imagen: Pixabay.com, OpenClipart-Vectors)

VLSI

VLSI es un acrónimo para integración a gran escala. ULSI es otro acrónimo, no a gran escala pero a gran escala. Es una definición vaga, más un término de marketing. El punto principal sobre VLSI es el siguiente. Se trata de conectar transistores en una matriz de silicio para hacer un circuito integrado (o chip).

Diseño digital VLSI

Importante, especialmente en Linkedin, el diseño digital es un perfil de trabajo totalmente diferente al de un diseñador digital VLSI. Este último diseña chips digitales, de acuerdo con las reglas matemáticas de lógica booleana. Puertas y chanclas. Un diseñador digital, diseña logotipos, iconos, … y eso no tiene nada que ver con chips.

HDL

De todos modos, la lógica digital se describe en un lenguaje que parece un lenguaje de software. Un llamado HDL, lenguaje de descripción de hardware. VHDL, verilog o Systemverilog para nombrar los idiomas más conocidos. Parece software pero no es software en absoluto, describe hardware.

ASIC vs FPGA

Para la producción, el desarrollo y la creación de prototipos de bajo volumen, se utilizan FPGA. Su código HDL se coloca en el FPGA. El FPGA es reconfigurable, por lo que se puede cargar otro diseño o corrección de errores en el FPGA sin ningún problema. Los productos de alto volumen generalmente no usan FPGA (excepto la creación de prototipos), ASIC, los chips dedicados son más pequeños, más rápidos y tienen un menor consumo de energía. Un FPGA que puede comprar en el mercado, un ASIC está diseñado a medida y solo es rentable si ese costo se puede distribuir en un alto volumen de chips (ventas).

Si conoce VHDL, entonces las compañías de semiconductores que necesitan ingenieros de diseño o verificación digital VLSI podrían estar interesadas en contratarlo.

VLSI es un vasto campo.
VHDL y Verilog son lenguajes de descripción de hardware que se utilizan para describir la lógica digital mediante código.
Los sistemas integrados utilizan ciertos chips digitales, preferiblemente microcontroladores y otros sensores / sistemas en el lugar, en tiempo real. Utilizan C, RTOS, electrónica, diseño de PCB, etc., incorporados. VHDL y Verilog no ayudan aquí.
ASIC – Circuitos integrados de aplicación específica – Cualquier chip razonablemente complejo es ASIC. CPU, GPU, SoCs, chips de módem inalámbrico, Ethernet / USB / cualquier otro chip específico de protocolo, etc. Para desarrollar ASIC, durante el comienzo los diseñadores codificarán en VHDL / Verilog. Luego, muchas herramientas EDA se encargan del resto del flujo para finalmente crear el diseño del chip.
FPGA – Arreglos de puerta programables de campo – Estos son tipos especiales de chips ASIC, en los que puede programar cualquier circuito digital, y también algunos componentes analógicos. Resulta bastante útil validar el diseño antes de la fabricación ASIC.
Ahora relación entre ellos. El diseño de ASIC es una parte del campo VLSI. Se están realizando muchas investigaciones sobre ‘Tecnología CMOS alternativa’, MEMS & NEMS, herramientas EDA, tecnología de fabricación, física de dispositivos, etc. Dado que el diseño ASIC en sí mismo es enorme, el conocimiento de Verilog y VHDL ayudará a ‘Diseñar ciertas unidades de ASIC de las especificaciones dadas ‘,’ Verificación de esas unidades para cumplir con las especificaciones dadas ‘, algunas partes del diseño físico. Todos estos trabajos requieren una comprensión clara del diseño y los circuitos digitales. FPGA se utiliza para validar diseños ASIC. En sistemas embebidos, usan ASIC muy a menudo.

Sí. Además de VHDL / Verilog, necesita una comprensión clara de la lógica digital, los circuitos y la arquitectura de la computadora. No necesita saber mucho sobre la física del dispositivo o las herramientas EDA para trabajar en ‘diseño’ o ‘verificación’. Pero al menos necesita tener conocimientos básicos de VLSI.

Gracias por A2A.

Conocer VHDL solo te ayudará a escribir la lógica del hardware. Para trabajar en el dominio VLSI hay otras cosas necesarias:

Fundamentos sólidos de lógica digital, electrónica analógica básica, otros HDL como Verilog / System Verilog, buen conocimiento del diseño / verificación de FPGA / ASIC, C prog.

Estos son solo algunos, pero como más recientes, debes tener suficientes habilidades para la publicación requerida. Por supuesto, obtendrá una exposición práctica adecuada una vez que sea seleccionado, pero sus conceptos teóricos deben ser exhaustivos.

VLSI = Integración a gran escala: básicamente el acrónimo de chips grandes
VHDL = Un lenguaje de descripción de hardware, como escribir código, pero optimizado para describir funciones lógicas y ejecución paralela. Se utiliza para “programar” FPGA (ver más abajo). Parece ser utilizado principalmente en la costa este, muy popular entre los contratistas militares. No debe confundirse con C, que es de naturaleza secuencial, VHDL se utiliza para definir “hardware”, por lo que no hay muchas ramificaciones.
Verilog = Otro lenguaje de descripción de hardware como VHDL, parece ser el más popular en la costa este y en la industria de VLSI.
FPGA = matriz de puerta programable de campo, tipo de chip cuya funcionalidad es reprogramable. A menudo paga por la flexibilidad de reprogramar el chip tanto en consumo de energía como en costo por chip.
ASIC = Circuito integrado específico de la aplicación: un chip que está diseñado para un propósito específico, generalmente un chip digital vs analógico. Estos se diseñan o “programan” usando VHDL o Verilog, pero luego se diseñan en la estructura física del chip frente al FPGA donde el diseño se “carga” en el chip en tiempo de ejecución. El ASIC cuesta mucho hacer el primero, pero luego los chips posteriores son muy baratos. El punto de equilibrio entre el uso de un ASIC vs FPGA es generalmente alrededor de 100,000 dispositivos por año.

Básicamente, ASIC es la aplicación IC especificada. VHDL es un lenguaje de descripción de hardware utilizado para crear un FPGA de la lógica deseada. FPGA es un dispositivo que se puede utilizar para crear cualquier lógica usando VHDL.