Podręcznik

Do kosztu wytworzenia układu należy doliczyć koszt $K_{proj}$ zaprojektowania układu i przygotowania produkcji. Jeśli całkowita liczba potrzebnych układów (wielkość serii produkcyjnej) wynosi S, to całkowity koszt jednego egzemplarza układu $K_{calk}$ wynosi

Innymi słowy, koszt zaprojektowania układu i przygotowania jego produkcji rozkłada się na wszystkie wyprodukowane egzemplarze układu.

Koszt zaprojektowania układu jest proporcjonalny do potrzebnych do tego nakładów pracy. Te mogą być bardzo wysokie. Kiedyś, gdy układy scalone liczyły nie więcej niż kilkadziesiąt elementów, cały proces projektowania był wykonywany przez człowieka (ale przy wykorzystaniu wspomagających programów komputerowych): projektant opracowywał schemat układu (logiczny i/lub elektryczny), wykonywał wszystkie obliczenia projektowe, projektował poszczególne elementy, rozmieszczał je w układzie i projektował połączenia. Ten sposób projektowania nazywany jest projektowaniem w stylu full custom (brak udanego polskiego terminu). Ma on i dziś pewien obszar zastosowań, o czym będzie mowa dalej. Pracochłonność tego sposobu projektowania można w dużym przybliżeniu oszacować następująco: doświadczony projektant mający do dyspozycji współczesne oprogramowanie wspomagające zużywa, średnio biorąc, jedną godzinę pracy na jeden tranzystor. Czy to dużo? Jeżeli układ liczy 1000 tranzystorów, to pracochłonność projektu wynosi około 7 osobo-miesięcy. Ale dla mikroprocesora mającego 40 milionów tranzystorów (np. klasy Pentium 4) otrzymujemy pracochłonność rzędu 20 000 osobo-lat! Dalej poznamy sposoby wspomaganego i zautomatyzowanego projektowania, które pozwalają zmniejszyć pracochłonność o wiele rzędów wielkości. Niemniej, projekt dużego i złożonego układu może być bardzo kosztowny. 

Koszt przygotowania produkcji to w praktyce koszt wykonania kompletu masek, które służą w procesach fotolitografii do określenia kształtów, wymiarów i położenia wszystkich elementów i połączeń w układzie. Dla starszych, mniej zaawansowanych technologii (gdzie minimalny wymiar w układzie jest rzędu 1 mikrometra lub nieco mniej) koszt wykonania takiego kompletu wynosi kilkanaście do kilkudziesięciu tysięcy dolarów. Dla najnowocześniejszych procesów technologicznych potrzebne są maski o znacznie bardziej skomplikowanej strukturze i jest ich znacznie więcej. Koszt wykonania kompletu takich masek może sięgać nawet miliona dolarów. Jest oczywiste, że bardzo poważnie ograniczałoby to ekonomiczny sens projektowania układów, które miałyby być wyprodukowane w niezbyt wielkiej liczbie egzemplarzy. Problem ten dotyczy w szczególności układów specjalizowanych, o których była mowa we wstępie, a w jeszcze większym stopniu układów prototypowych, do testów i badań, które potrzebne są zwykle w liczbie zaledwie kilkudziesięciu egzemplarzy.

Istnieje jednak rozwiązanie tego problemu w postaci płytek wieloprojektowych (Multi-Project Wafer, w skrócie MPW). Płytką wieloprojektową nazywamy płytkę, na której wytwarza się równocześnie wiele różnych układów według różnych projektów. Całkowity koszt wykonania kompletu masek rozkłada się wtedy na wiele projektów. W jednej partii produkcyjnej wytwarzane są w ten sposób układy dla bardzo wielu różnych odbiorców. Dzięki takiej organizacji produkcji, oraz zautomatyzowanym metodom projektowania, układy scalone mogą być opłacalne również wtedy, gdy potrzeba ich niewiele - kilkaset lub kilka tysięcy egzemplarzy, a nawet pojedyncze sztuki.

Rysunek 4‑25. Płytka wieloprojektowa. Na płytce znajduje się 7 różnych układów CMOS. Zdjęcie płytki wyprodukowanej na linii doświadczalnej Instytutu Technologii Elektronowej w Warszawie

W przypadku układów produkowanych metodą płytek wieloprojektowych nieco odmiennie, niż przy zwykłej produkcji seryjnej, wygląda testowanie. Płytki wieloprojektowe nie są testowane ostrzowo. Testowane są dopiero gotowe, zmontowane w obudowach układy. Oznacza to, że produkcja płytek wieloprojektowych ma sens tylko wtedy, gdy uzysk produkcyjny $u_p$ jest bliski 1. Gdyby tak nie było, do montażu trafiałoby dużo niesprawnych układów.