¿A qué velocidad puede funcionar un ASIC moderno?

Question

Hoy en día, las CPUs modernas suelen tener una velocidad de reloj de entre 3 y 4 GHz. Qué velocidad pueden alcanzar los típicos ASICs modernos?

Por ejemplo, si estuviera construyendo un ASIC básico para algo como una unidad de disco o una tarjeta de red, ¿a qué velocidad podría cronometrar ese ASIC sin dejar de seguir el flujo de diseño normal de una fundición como TSMC?

Answer 1

Depende de la complejidad de la "ruta crítica", es decir, de la secuencia de eventos lógicos (activación de puertas, propagación de señales por la traza/metalización del ASIC, pérdidas de integridad capacitivas e inductivas).

Para circuitos muy sencillos, puede alcanzar fácilmente los 100s de GHz - por otro lado, una vez que empiezas a hacer algo útil con tus señales, se vuelve más y más molesto.

Evidentemente, no se pueden suministrar frecuencias tan altas en los pines de entrada y salida, lo que significa que hay que empezar a pensar en sistemas PLL bastante complejos en el chip (los llamados multiplicadores de frecuencia en las CPU), pero las tarjetas de red de 40 Gbits son completamente alcanzables a través de TSMC, y éstas tienden a comunicarse con sus GBIC en el rango de 5-10 GHz.

Answer 2

Depende del ASIC al que se refiera. Una cosa es segura, es que la mayor velocidad de reloj de diferentes ICs, incluso de la misma aplicación diseñada, no significa que el de mayor velocidad de reloj será más rápido.

Tomemos, por ejemplo, un sumador de 8 bits con arrastre de ondas comparado con otro sumador de 8 bits con arrastre. Si los cronometramos, el sumador de 8 bits necesitaría 18 ciclos de reloj (8*2 +2), mientras que el carry-lookahead sólo requiere 5 ciclos de reloj (lg2 8 +2).

Y las unidades de disco son muy diferentes de las tarjetas de red. Además, los ASIC de IO de disco típicos oscilan entre los 10 y los 1200 MHz (algunos HDD frente a los SSD PCIe), aunque sigue dependiendo del presupuesto monetario, el presupuesto de energía/térmico, el presupuesto de espacio, etc.

Si puedes conseguir un proceso asequible de 45nm podrías conseguir mejores relojes y temperaturas, pero de nuevo los relojes no lo son todo y podrías ahorrar más dinero yendo al antiguo proceso de 90nm o 65nm de TSMC/GloFo y consiguiendo un gran rendimiento para tus necesidades específicas con algunos diseños microarquitectónicos inteligentes.