دروازه آرایه

دروازه-آرایه یا آرایه منطق غیرمتعهد یک رویکرد جهت طراحی و ساخت مدارهای مجتمع با کاربرد خاص (ASIC)، با استفاده از تراشه‌های از پیش ساخته با قطعات فعال مانند دروازه NAND می‌باشد، که بعدا با توجه به درخواست سفارش به وسیله اضافه کردن لایه‌های فلزی در محیط کارخانه به هم متصل می‌شوند.
طراحی
یک مدار دروازه-آرایه، یک مدار تراشه سیلیکونی از پیش ساخته با هیچ تابع خاصی است که در آن ترانزیستور، گیت‌های استاندارد NAND یا NOR، و سایر قطعات فعال در موقعیت‌های از پیش تعریف شده به طور منظم قرار داده شده و روی یک ویفر که معمولا برش اصلی یا شاه‌قاچ (master slice) نامیده می‌شود ساخته شده است. ایجاد یک مدار با یک تابع مشخص با اضافه کردن یک لایه سطح نهایی یا لایه‌هایی از اتصالات فلزی به تراشه روی شاه‌قاچ در فرایند تولید انجام می‌شود، اتصال این عناصر اجازه می‌دهد که عملکرد این تراشه مطابق سفارش مورد نظر انجام شود. این لایه مشابه لایه یا لایه‌های مسی از یک تخته مدار چاپی (PCB) است.
شاه‌قاچ معمولا از پیش ساخته می‌باشند و در مقادیر زیاد بدون توجه به سفارشات مشتری ذخیره می‌شوند. طراحی و ساخت با توجه به مشخصات مشتری ممکن است در یک زمان کوتاه در مقایسه با سلول‌های استاندارد یا طراحی سفارشی کامل به انجام شود. روش دروازه-آرایه هزینه‌های ماسک را زمانی که ماسک‌های سفارشی کمتری نیازمند تولید می‌باشد را کاهش می‌دهد. بعلاوه هزینه‌های ابزارهای تست کارخانه و زمان تست با توجه به اینکه ممکن است یک قالب تست یکسان (وسایل آزمون مشابه) برای تمام محصولات دروازه-آرایه ساخته شده در ابعاد مشابه مورد استفاده قرار بگیرد، کاهش می‌یابد. دروازه-آرایه‌ها به عنوان اجداد مدارهای ASIC دارای ساختار پیشرفته‌تر بودند، بر خلاف آرایه‌های دروازه، ASICها ساختار یافته تمایل دارند که شامل حافظه‌های از پیش تعریف شده یا قابل پیکربندی، و / یا بلاک‌های آنالوگ باشند. مدارهای ASIC ساختاریافته هنوز هم توسط برخی شرکت‌ها مانند ChipX، به فروش می‌رسد.
یک مدار کاربردی باید روی یک آرایه دروازه که به اندازه کافی دروازه یا گیت، سیم‌کشی و پایه‌های ورودی-خروجی (I/O) دارد ساخته شود. از آنجا که نیازمندی‌ها متفاوت است، آرایه‌های دروازه معمولا در قالب خانواده‌ها یا دسته‌های با اعضای بزرگتری که بیشتر از تمام منابع را دارند ارائه شده است، اما به نسبت گران‌تر هستند. در حالی که طراح نسبتا به راحتی می‌تواند تعداد دروازه‌ها و پایه‌های ورودی-خروجی مورد نیاز را تعیین کند، مقدار گام‌های مسیریابی مورد نیاز ممکن است به طور قابل ملاحظه‌ای حتی در میان طرح با همان مقدار از منطق متفاوت باشد. (به عنوان مثال، یک crossbar switch یا سوئیچ ماتریسی نیاز به مسیریابی بسیار بیشتر از یک آرایه سیستولیک با همان تعداد گیت دارد) از آنجا که گام‌های مسیریابی استفاده نشده هزینه را، بدون ایجاد هیچگونه سودی، افزایش (و عملکرد را کاهش) می‌دهند، تولیدکنندگان دروازه-آرایه سعی در ارائه تنها گام‌های (Track) لازم دارند؛ بنابراین بسیاری از طرح‌ها که از نظر دروازه و پایه‌های ورودی-خروجی مناسب است را می‌توان تعیین مسیر کرد. این بوسیله تخمین چیزهایی که از قانون اجاره (Rents rule) یا بوسیله تجربیاتی که از طرح‌های موجود بدست می‌آید، تعیین می‌شود.
اشکال اصلی آرایه‌های گیت، تراکم و عملکرد تا حدودی پایین‌تر در مقایسه با روش‌های دیگر طراحی مدارهای ASIC می‌باشد. با این حال این شیوه اغلب یک رویکرد قابل قبول برای حجم تولید کم است.
تاریخچه
شرکت تحقیقات سینکلر (Sinclair Research) یک طراحی ZX80 توسعه یافته را به یک تراشه ULA برای ZX81 منتقل کرد، و بعد از آن ULA در طیف ZX استفاده شد. تراشه‌های سازگار در روسیه به عنوان T34VG1 ساخته شده است. شرکت Acorn Computers چندین تراشه ULA را در سیستم میکروکامپیوتر BBC استفاده کرد، و بعد موفق به فشرده سازی تقریبا همه ماشین‌های منطقی به صورت یک ULA برای شرکت Acorn Computers شد. بسیاری از تولیدکنندگان دیگر از زمان یا دوره رونق کامپیوتر خانگی، در ماشین‌های خود از ULAها استفاده می‌کردند. Ferranti در UK پیشگام فناوری ULA می‌باشد، بعدها این پیشگامی در تراشه‌های نیمه سفارشی (semi-custom chips) رها شد و از بین رفت. IBM PC بیش از حد بازار رایانه‌های شخصی را سهم خود کرد و حجم فروش، استفاده از تراشه‌های کامل سفارشی ساخته شده را مقرون به صرفه‌تر کرد.
طراحان هنوز هم آرزو داشتند راهی برای ایجاد تراشه‌های پیچیده خود بدون هزینه طراحی کامل سفارشی، پیدا نمایند، و در نهایت این آرزو با ورود آرایه‌های گیتی قابل برنامه‌ریزی می‌دانی (FPGA)، دستگاه منطق پیچیده قابل برنامه‌ریزی (CPLD) و ASIC ساختار یافته محقق شد. در حالی که ULA نیاز به یک ریخته‌گری ویفر نیمه هادی برای قلم زنی و ایجاد ارتباطات دارد ،FPGA و CPLD ارتباطات قابل برنامه‌ریزی شده داشتند.