Soluciones Microelectrónicas (ASICs) Para Todos Los Sectores Industriales (1995)

DOCUMENTOS COTEC SOBRE OPORTUNIDADES TECNOLÓGICAS

5SOLUCIONESMICROELECTRÓNICAS(ASICS) PARA TODOSLOS SECTORESINDUSTRIALES

libro MICROELECTRONICA 20/4/98 12:57 Página 1

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1. Presentación ........................................................... 5

2. La microelectrónica ayuda a competir ................. 9La microelectrónica tiene que ver con muchos sectores ........................................................ 11La microelectrónica revoluciona sectores ya establecidos ......................................................... 12La microelectrónica crea nuevos mercados ................... 13La microelectrónica mejora productos en todos los sectores .................................................. 13

3. La microelectrónica es accesible ......................... 15Tipos de diseño ASIC: full custom y semicustom ............ 16Las herramientas de diseño ........................................ 17Ciclo de desarrollo de un ASIC ................................... 18De la idea al producto: la especificación ..................... 19Maquetas y emuladores ............................................. 22

4. La microelectrónica es rentable .......................... 25Simplificación ........................................................... 26Miniaturización ......................................................... 27Eficiencia .................................................................. 28Velocidad ................................................................. 28Consumo .................................................................. 28Complejidad ............................................................. 30Fiabilidad ................................................................. 30Dificultad de copia .................................................... 32Los chips estándar y la competitividad ......................... 32Metodología de diseño .............................................. 33Mejora de la imagen empresarial ............................... 34

ÍNDICE


5. ¿Dónde están los inconvenientes? ..................... 37Costes de desarrollo elevados .................................... 37Dificultad de modificación .......................................... 39Sólo hay un suministrador .......................................... 40Requieren personal especializado ............................... 42

6. En España hay capacidad de diseño ................. 45

7. Glosario ............................................................... 49

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PRESENTACIÓN

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La Fundación COTEC para la Innovación Tecnológica organizaregularmente Sesiones de Identificación de Oportunidades Tec-nológicas, en cumplimiento de su objetivo de contribuir al desa-rrollo tecnológico del sistema productivo español.Estas sesiones tienen como finalidad concreta conocer las oportu-nidades que ofrecen las nuevas tecnologías y los servicios de tipotecnológico, así como la forma en que podrían ser abordadas.En ellas, la Fundación COTEC reúne a un cualificado grupo deexpertos empresariales y de investigadores de Centros Públi-cos, para que analicen las posibilidades de aplicación de unadeterminada tecnología y las oportunidades que ofrece paralos sectores industriales.En esta ocasión, la Fundación COTEC ofrece el Documento so-bre Soluciones Microelectrónicas (ASICs) para todos los Secto-res Industriales, que fué preparado y coordinado por Juan JoséMangas y respaldado por los Comités GAME en las reunionesque tuvieron lugar el dia 13 de Septiembre de 1994 en la sedede la Fundación COTEC.La Fundación COTEC quiere dejar constancia de su agradeci-miento al coordinador del documento y a los miembros de losComités GAME por la colaboración recibida.Finalmente, la Fundación COTEC quiere dejar también constan-cia de su agradecimiento a GAME (Grupo Activador de la Mi-croelectrónica en España) por las ayudas recibidas para la edi-ción y difusión de este Documento.


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Miembros de los comités GAME• José Antonio Martín-Pereda

Presidente del Comité GAME• Fernando Aldana Mayor

Universidad Politécnica de Madrid• Santiago Alvarez Pérez

COPRECI (FAGOR)• Dave Broster

Commission European Community• Luis Castañer Muñoz

Universidad Politécnica de Cataluña• Javier Díez Roncero

Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial• José Ramón García Martínez

Fundación COTEC. Proyecto GAME• Eloy Gómez Gutierrez

Consultor• Francisco Ibáñez

Commission European Community• Manuel Lázaro de la Fuente

Ministerio de Industria y Energía• Agustín Morales Bueno

Centro para el Desarrollo Técnológico Industrial• Juan Mulet Meliá

Fundación COTEC• Manuel Poza Martínez

ALCATEL• Luis Prieto Cuerdo

Ministerio de Industria y Energía• Francisco Serra Mestres

Centro Nacional de Microelectrónica

Coordinador y relator del Documento: • Juan José Mangas Lavería

Consultor en ASICS


Charlando con responsables de desarrollo de productos de di-ferentes empresas sobre los temas profesionales que les preo-cupan, siempre surge el tema de cómo mejorar la productivi-dad de la empresa y cómo hacer sus productos más competiti-vos. Cuando se sugiere que la microelectrónica podría ser una ayu-da a tener en cuenta, la primera reacción suele ser de escepti-cismo. Algunas de las objeciones más corrientes son: •La microelectrónica no tiene nada que ver con el tipo de pro-ducto que fabrica mi empresa

•Es demasiado complicada, no dispongo de capacidad técni-ca suficiente

•Sólo es rentable en cantidades elevadas, y la tirada de miproducto es muy inferior

En muchos casos, después de examinar con algo más de deta-lle la familia de productos que fabrica la empresa, al cabo dealgunos minutos de charla, se llega a la conclusión de que nin-guna de las objeciones es del todo cierta. Un par de visitas ala empresa por parte de un experto y un análisis de factibili-dad acaban demostrando que la microelectrónica puede con-tribuir efectivamente a mejorar su producto, ya sea en costes oen prestaciones.La clave está en el Circuito Integrado de Aplicación Específica:un único chip de silicio que integra toda o la mayor parte de

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LAMICROELECTÓNICAAYUDA ACOMPETIR

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TOTAL C.I. ASICS

EEUU 32% 47%

Japón 31% 32%

Europa 19% 11%

Resto 18% 10%

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la funcionalidad electrónica de un producto. A estos circuitosse les suele denominar abreviadamente por sus siglas en in-glés: ASIC (Application Specific Integrated Circuit).Es bastante revelador echar una mirada a las cifras de ventasde ASICs en el mundo durante los últimos años. Desde la apa-rición, en 1.971, del primer ASIC de tipo “semicustom“ (elmás utilizado por pequeñas y medianas empresas)*, el merca-do mundial de este tipo de chips ha experimentado un desa-rrollo espectacular, con crecimientos anuales de hasta el 50%en los primeros años 80, llegando en 1.992 a un total de unos7.500 millones de dólares. Si se añaden los ASICs tipo “fullcustom”, más utilizados por grandes usuarios*, el volumen to-tal de ventas de ASICs en 1.992 llegó a los 10.000 millonesde dólares; aproximadamente un 20% de la cifra total de ven-tas de circuitos integrados en el mundo. Es evidente, por tanto, que los ASICs han pasado en pocotiempo de ser un lujo al alcance de unas pocas grandes com-pañías a ser una opción utilizada por empresas medianas ypequeñas en todo el mundo como cualquier otra alternativa derealización, y en cada vez más ocasiones, como la única queproporciona las prestaciones y coste necesarios para que suproducto sea competitivo. Otro dato interesante a considerar es el país de destino de estosASICs, y cómo se compara el consumo de ASICs con el de chipsestándar convencionales. El cuadro siguiente muestra los porcen-tajes aproximados de consumo total de circuitos integrados y deASICs en las principales zonas geográficas (en 1.992):

*Los motivos se verán más adelante


La tabla refleja un porcentaje de utilización de ASICs en Euro-pa bastante inferior al que cabría esperar por su participaciónen el total de compras de circuitos integrados. Para España lasituación es aún más desequilibrada. Ni siquiera existen cifraspublicadas sobre el consumo de ASICs, lo cual en sí ya es sig-nificativo. Para hacerse una idea del nivel de utilización de esta tecnolo-gía en nuestro país, pueden tomarse como referencia los datospublicados por la Asociación Nacional de Industrias Electróni-cas sobre el volumen total del mercado de circuitos integradosen España en 1.992, que fue de 18.470 millones de pesetas,y calcular cuál sería la cifra de ventas de ASICs si su propor-ción fuese el 20%, como el promedio mundial. Ni las estima-ciones más optimistas de la cifra de ventas de ASICs en Espa-ña en 1.992 llegan siquiera a la quinta parte de esta cifra. Esta baja utilización de los ASICs coloca a las empresas espa-ñolas en posición desventajosa frente a sus competidores, y sedebe en muchos casos a falta de información, o a una infor-mación que ha quedado desfasada por la rápida evolución deesta tecnología. Para contribuir a mejorar esta situación, en es-te documento se intenta presentar, de la forma más clara y ge-neral posible, un panorama de las posibilidades de aplicaciónde los ASICs, lo que pueden hacer para mejorar la competitivi-dad de un producto, sus ventajas e inconvenientes, y los proce-dimientos a seguir por parte de las empresas españolas parautilizarlos como una alternativa más de realización. Una bue-na forma de entrar en materia puede ser respondiendo a lastres objeciones a la microelectrónica que se planteaban al co-mienzo de estas líneas.

La microelectrónica tiene que ver con muchossectores

Para muchos empresarios, la microelectrónica es una tecnolo-gía cuya aplicación se limita al mundo de la informática y lastelecomunicaciones. Sin duda estos dos sectores deben su ra-zón de ser al desarrollo de tecnología microelectrónica cada

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vez más potente y barata. Pero la microelectrónica llega prácti-camente a todos los sectores. ¿Qué tienen en común un relojde pulsera y una calculadora? ¿Y un videojuego y un telefax?¿Y una puerta de garaje, una muñeca, un contador de agua yun ascensor? En todos los casos, la respuesta es: microelectró-nica.La microelectrónica tiene que ver con todos estos productos ycon muchos otros, y es seguramente la tecnología que más es-tá influyendo en nuestra forma de vida actual, por su enormecapacidad para hacer cosas de forma más simple, cómoda,rápida y barata que con otro tipo de tecnología. Sus efectossobre la industria en general se hacen sentir de tres formas dis-tintas:•revoluciona sectores diversos y ya establecidos•crea nuevos mercados•mejora las prestaciones de cualquier producto que la puedaaplicar.

La microelectrónica revoluciona sectores yaestablecidos

La microelectrónica ha revolucionado industrias tradicionales ybien establecidas como la relojera o la de las calculadoras. Fa-bricantes con una larga tradición en estos campos tuvieron quereconvertir sus instalaciones para adaptarlas a la nueva tecno-logía o bien cambiar a otro tipo de productos donde pudiesenaplicar su tecnología mecánica, que ya no podía competir conlas nuevas versiones electrónicas.La irrupción de la microelectrónica no sólo supuso un relevo enlas empresas protagonistas en estos sectores. La enorme reduc-ción en costes que permitía la microelectrónica cambió ade-más por completo la naturaleza del mercado. El caso más es-pectacular posiblemente es el de las calculadoras, que de serun producto bastante caro y exclusivamente para oficinas aho-ra son accesibles hasta para los niños de la escuela primaria.Todo un cambio de mentalidad, no sólo en fábrica sino tam-bién en la gestión comercial. Pero de lo que no cabe ninguna

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duda es de que las cifras totales de mercado aumentaron es-pectacularmente, y con ellas, las oportunidades de negocio.Por otro lado, en el extremo alto de la gama, la microelectróni-ca permitió fabricar productos con prestaciones inimaginablesanteriormente: de la calculadora se pasó al ordenador perso-nal, que va siguiendo los pasos de las calculadoras en cuantoa su accesibilidad al gran público, precisamente al ritmo quemarca la evolución de la tecnología microelectrónica. El pro-ducto de gama alta de hoy es el producto de gran público demañana.

La microelectrónica crea nuevos mercados

Productos tan corrientes hoy día como los videojuegos o el tele-fax no podrían existir si no fuese por la microelectrónica: lamicroelectrónica crea nuevos mercados. Las empresas que su-pieron darse cuenta de que gracias a la microelectrónica sepodían crear productos con gran demanda y a un precio com-petitivo, figuran entre las más rentables del mundo. Y la propia evolución de la sociedad, con fuertes inversionesen infraestructuras que hacen uso profuso de información (tele-fonía celular, sistemas de navegación por satélite, TV de altadefinición, autopistas de información, etc), está dando lugarcontinuamente a nuevas aplicaciones para productos de altacomplejidad, que deberán basarse forzosamente en compo-nentes microelectrónicos, y que supondrán una fuente de bene-ficios para las compañías que tengan la capacidad de imagi-narlos y desarrollarlos.

La microelectrónica mejora productos en todos lossectores

Por último, la microelectrónica puede mejorar productos de ca-si todos los sectores, haciéndolos más competitivos. Es más, lasprestaciones de control que puedan añadirse por usar microe-lectrónica pueden ser precisamente el elemento diferencial enel que puede basarse la estrategia de venta frente a productossimilares de la competencia. Para fabricar puertas de garaje

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no cabe duda de que siempre hará falta tecnología mecánica,pero también es evidente que la puerta se venderá mucho me-jor si tiene su mando a distancia correspondiente. Y si el siste-ma de mando a distancia permite, por ejemplo, dar de alta obaja a diferentes usuarios de forma sencilla y barata, el pro-ducto será más atractivo que otro de precio similar que no dis-ponga de esta opción. Los ejemplos son innumerables. Un chip dentro de una muñecala hace hablar en varios idiomas. Un contador de agua elec-trónico no sólo es más exacto que el tradicional, sino que per-mite su lectura instantánea a distancia. Un ascensor con con-trol electrónico proporciona mejor servicio y facilita su manteni-miento.Esta ubicuidad de la microelectrónica es a la vez una oportuni-dad y una amenaza: por un lado, una empresa puede hacersus productos más competitivos utilizando microelectrónica;por otro lado, si la empresa no se da cuenta de esta posibili-dad y no la aprovecha, puede que sea su competencia la quese adelante en introducir estas mejoras, dejando su productoanticuado de la noche a la mañana. Hay empresas que ya se han encontrado con este problema,pero lo ven como algo inevitable, porque consideran que lamicroelectrónica está fuera de su alcance. En los párrafos si-guientes se intenta convencerlas de que no es así. Empresas es-pañolas de todos los tamaños y de sectores muy diversos yahan utilizado con éxito esta tecnología en sus productos.

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Hay muchos tipos de empresas que incluyen ASICs en sus pro-ductos: desde las grandes empresas del sector electrónico o detelecomunicaciones, que cuentan con equipos de expertos querealizan todas las fases del desarrollo del chip (incluso algunaslos fabrican ellas mismas), hasta empresas de cualquier tama-ño de sectores ajenos a la electrónica, pasando por empresas,habitualmente pequeñas, que venían realizando sus productosbasándose en componentes estándar tradicionales. Es evidenteque, salvo unas pocas empresas muy grandes, casi nadie dis-pone de todos los elementos necesarios para llevar a cabo to-do el proceso de diseño y fabricación de los ASICs.En lo que concierne a la fabricación, las enormes inversionesque es preciso realizar de forma continua para poder mante-ner la fábrica al ritmo de evolución de la tecnología, ha he-cho que grandes empresas del sector electrónico que disponí-an de fábricas de chips para su propio uso las hayan cerradoy utilicen ahora ASICs fabricados por otras compañías espe-cializadas, que les resultan más rentables. También empresasde todos los tamaños dedicadas en exclusiva a la fabricaciónde chips se han fusionado para lograr mayor competitividad.Esta tendencia a la concentración parece imparable, y ya sehabla de que en un futuro próximo sólo quedarán en el mun-do del orden de una docena de fabricantes de chips. Para unfabricante de productos terminados, el fabricar sus propios

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LAMICROELECTRONICAES ACCESIBLE

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chips empieza a ser tan absurdo como tener su propia centralnuclear para abastecerse de electricidad.A la vez que se produce esta centralización en la fabricación,se está produciendo una descentralización en el proceso de di-seño de los ASICs. Es interesante repasar brevemente la evolu-ción de la metodología de diseño hasta llegar a la situaciónactual, ya que bastantes de las dudas sobre la capacidad dediseñar ASICs por parte de la propia empresa vienen de unaidea anticuada de lo que supone realmente diseñar un ASIChoy en día.

Tipos de diseño ASIC: “full custom” y “semicustom”

Los diseños de los primeros ASICs se hacían por el sistema de-nominado “full custom”, que se podría traducir como “comple-tamente a la medida”: los diseñadores debían tener en cuentay definir todos los detalles del chip para asegurar su funciona-miento, lo que lógicamente encarecía el proceso de diseño. Pero además, el diseño de los chips debía ser realizado por elmismo equipo de ingenieros de su fabricante, que eran los úni-cos con los conocimientos necesarios para poder realizarlocon éxito. El proceso de diseño era largo y complicado, por-que requería que muchas de sus fases, como el diseño de lasgeometrías internas del chip, se hiciesen prácticamente de for-ma artesanal, y existía menor capacidad de predecir los resul-tados que se iban a obtener al realizar los prototipos, lo queexigía varias repeticiones hasta llegar a un resultado correcto;todo esto en las instalaciones del fabricante de chips, cuyo usomás rentable era seguir fabricando chips estándar. En resu-men: había que garantizar la compra de millones de unidadespara que hacer un ASIC resultase interesante para fabricante yusuario.Con el tiempo, se fueron recopilando módulos que realizabanfunciones estándar, y se puso en marcha un sistema que permi-tía interconectar estas funciones dentro del chip de modo auto-mático o semiautomático. Las características eléctricas y funcio-nales de estos módulos podían publicarse para ser usadas por

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diseñadores externos sin riesgo de divulgar secretos tecnológi-cos, ya que el interior de los módulos se mantenía oculto. Al conjunto de estos módulos se le denomina biblioteca (library), y es equivalente al catálogo de componentes están-dar que se utiliza en el diseño electrónico tradicional. El diseñode ASICs usando bibliotecas se conoce como “semicustom”, yla mayor facilidad de acceso que permite esta metodología dediseño ha sido el motivo de que los ASICs hayan llegado a serla quinta parte del mercado mundial de circuitos integrados aprincipios de los años 90. La gran ventaja del método de diseño a base de bibliotecas esque el diseñador del ASIC no necesita conocer ningún detallesobre cómo se realizan internamente las funciones de los distin-tos módulos que utiliza: su funcionalidad está garantizada porel fabricante del ASIC siempre que se respeten unas pocas nor-mas básicas, igual que hace el fabricante de chips estándarcon los componentes que presenta en su catálogo. Por lo tanto,para diseñar un ASIC ya no es necesario un elevado grado deespecialización, ni tampoco un estrecho contacto técnico conel fabricante.

Las herramientas de diseño

La otra clave de la gran penetración de los ASICs en el merca-do es el alto grado de madurez de las herramientas de diseñoASIC, cuyo primer objetivo fue el de dar al diseñador la mayorseguridad posible de que su diseño funcionaría al primer inten-to, evitando las costosas repeticiones.El núcleo de un paquete de herramientas de diseño ASIC es elsimulador: un programa que permite visualizar el funciona-miento del chip antes de realizarlo físicamente. El grado deprecisión de estos simuladores es tan grande que el fabricantedel ASIC garantiza al usuario que el chip terminado funciona-rá exactamente como predice el simulador.El resto de las herramientas es un conjunto de programas querealizan automáticamente detalles concretos del diseño, gra-cias a los cuales no es preciso que el diseñador tenga un cono-

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cimiento muy profundo de las peculiaridades internas delASIC: unos comprueban que no se viola ninguna de las reglasexigidas por el fabricante; otros realizan automáticamente eldiseño físico del chip a partir del diseño funcional hecho por eldiseñador, etc.No pueden dejar de citarse dos herramientas que facilitanmucho el trabajo del diseñador: las herramientas de síntesis,que generan diseños detallados de bloques funcionales a par-tir de una especificación de lo que ese bloque debe hacer, es-crita en un lenguaje de descripción estandarizado, y las he-rramientas de prueba, que sirven para generar y verificar elprograma de pruebas al que deben someterse los ASICs quesalen de producción para asegurar que funcionan todos susórganos internos.También hay que mencionar otro elemento fundamental en lapopularización de las herramientas y metodologías de diseñoASIC: el espectacular aumento de potencia de los ordenado-res, que ha ido paralelo a una considerable reducción en susprecios (en buena medida, precisamente gracias al uso deASICs por parte de sus fabricantes). La potencia de cálculo dis-ponible hoy día en ordenadores personales de gama media-al-ta es más que suficiente en la mayoría de los casos para reali-zar al menos las funciones del simulador, que es el punto decontacto más corriente entre el usuario final y el fabricante deASICs.

Ciclo de desarrollo de un ASIC

Con estos medios, el procedimiento de desarrollo de un ASICsemicustom es relativamente simple y está totalmente descentra-lizado: el fabricante de ASICs distribuye sus bibliotecas a losusuarios finales o a centros de diseño locales (distribuidores ocentros de diseño independientes), quienes realizan la totali-dad del diseño funcional y eléctrico del chip, y cada vez másfrecuentemente el diseño geométrico de la interconexión final,verificando mediante simulación que la funcionalidad respon-de exactamente a las especificaciones del producto.

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Una parte importante de este diseño es la definición del plande pruebas que será utilizado por el fabricante para compro-bar uno a uno todos los chips que se fabriquen, y que el dise-ñador pone a punto con la ayuda de la herramienta corres-pondiente.Una vez definido el chip y su programa de pruebas, la des-cripción de ambos se envía en una cinta magnética al fabri-cante, quien la somete a una revisión automática en sus insta-laciones; define en su caso la geometría de la interconexión fi-nal y fabrica una pequeña cantidad de prototipos que envía alusuario para que verifique su funcionalidad antes de iniciar laproducción. Un detalle interesante es que el fabricante no tienela menor idea sobre el tipo de función que va a realizar elASIC; le basta con comprobar que no se han violado sus re-glas de diseño para garantizar que funcionará de acuerdocon la simulación.El plazo desde que el fabricante recibe la cinta con el diseñohasta que envía los prototipos suele ser del orden de un mes.Del mismo modo que al diseñar elementos mecánicos es preci-so preparar un utillaje, moldes de inyección, etc, que sirvenpara hacer los prototipos y para la producción posterior, en elcaso de los ASICs hay que realizar un juego de máscaras(equivalente a los moldes) específico para cada diseño, prepa-rar equipos de pruebas, y realizar otros trabajos iniciales, queservirán también para la producción. El coste de este “utillaje”se denomina NRE (costes de ingeniería no recurrentes). El ciclo de diseño termina una vez el usuario comprueba el fun-cionamiento correcto de los prototipos en una preserie del pro-ducto, y se pasa a producción.

De la idea al producto: la especificación

Aun con estas facilidades, para la mayoría de las empresas si-gue sin tener sentido adquirir estas herramientas y formar per-sonal técnico que las utilice: desde compañías pequeñas delsector electrónico hasta, con mayor motivo, las ajenas al mis-mo. Sin embargo, este tipo de empresas, que a menudo no tie-

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nen siquiera en plantilla ningún técnico en electrónica conven-cional, son el grupo más numeroso de usuarios de ASICs. La forma de acceso de estos usuarios a la tecnología ASIC esa través de los centros de diseño locales, que cuentan con lasherramientas necesarias y personal especializado. En Españaexisten varios de estos centros, tanto públicos como privados,donde el usuario potencial puede asesorarse sobre la formamás eficaz de aplicar ASICs en su producto y contratar conellos su diseño, todo ello sin necesidad de desplazarse al ex-tranjero ni hablar idiomas, como era el caso hace pocos años. En el caso de empresas ajenas al sector electrónico, el centrode diseño puede ocuparse también del resto de las tareas dediseño de los elementos electrónicos que rodean al ASIC, asícomo de supervisar su montaje en producción, que corre habi-tualmente a cargo de empresas especializadas, y verificar elfuncionamiento del sistema electrónico completo.El único tema en el que es imprescindible la participación acti-va del personal de la empresa usuaria es en la elaboración deuna especificación que defina exactamente lo que debe hacerel ASIC y en su caso, toda la parte electrónica. Para ello, losúnicos conocimientos que debe aportar la empresa son las ne-cesidades del mercado al que dirige su producto. El procesode elaboración de la especificación consiste fundamentalmenteen una serie de reuniones entre el responsable del producto enla empresa y un experto del centro de diseño, donde uno plan-tea necesidades y el otro dice cómo podrían satisfacerse y eva-lúa su coste correspondiente.Este proceso puede llevar cierto tiempo. Es frecuente, sobre to-do en los primeros contactos con los ASICs, que el posibleusuario no tenga una idea muy clara de lo que los ASICs, o laelectrónica en general, pueden y no pueden hacer. Por lo ge-neral, cuando el producto es factible con un ASIC, el usuariova descubriendo a lo largo del proceso de especificación otrasposibilidades que no veía al principio, lo que se refleja en queel producto tiene al final unas prestaciones más ambiciosasque las planteadas inicialmente. El resultado de este proceso

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es un documento de especificaciones que define con exactitudlas funciones deseadas, y una oferta en firme con los costesdel ASIC o la electrónica que las realizará. Si la especificación es correcta, el éxito del proyecto está prác-ticamente asegurado. Cuando hay problemas entre usuario ycentro de diseño porque, al recibirse los circuitos, se descubreque algo no funciona como debiera, el motivo está casi siem-pre en que la especificación no era correcta. Existen dos tiposde problemas: el primero, que la especificación incluya algunafunción imposible de realizar por el precio estipulado, y el se-gundo, que no se haya tenido en cuenta algún detalle funcio-nal, que podría resultar clave para el funcionamiento correctodel producto y que, desde luego, no cumplirán los prototipos,al no haberse mencionado en la especificación.El primer problema es poco habitual. Si el responsable del cen-tro de diseño tiene la profesionalidad que su cargo supone, nofirmará una especificación que no pueda cumplir. El segundoproblema es más complicado. En productos que se utilizan enconexión con sistemas informáticos, de telecomunicación o si-milares, es relativamente fácil estar seguro de que las especifi-caciones contemplan todos los casos posibles, ya que la inter-faz entre el producto y el resto del mundo suele estar normali-zada y bastante bien documentada. Pero cuando el entornoestá peor definido, es más difícil prever todas las contingen-cias, y podría haber alguna, como por ejemplo, una combina-ción poco usual de entradas al sistema, que provoque un fun-cionamiento incorrecto si no está prevista de antemano.Un entorno donde es difícil estar seguro de que la especifica-ción es la correcta es cuando el producto incorpora una “inter-faz humana”: debe ser manejado por alguien, por ejemplo, abase de pulsar teclas, o debe informar sobre su funcionamien-to mediante sonidos o indicadores luminosos. Sobre el papelno se hace uno mucha idea de si el procedimiento de manejono resultará demasiado complicado, o de si el pitido del apa-rato no será desagradable: hay que tener el producto en lasmanos y probarlo.

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Maquetas y emuladores

Pero lo realmente desagradable es descubrir los problemascuando se han recibido los prototipos, porque cualquier co-rrección que se quiera hacer, por mínima que sea, supondrávolver a pagar al fabricante otros NRE para que suministre losnuevos prototipos corregidos. Para evitar esto, cuando no seestá del todo seguro de que la especificación es la correcta, lonormal es montar una maqueta funcional con componentes es-tándar o programables que cumpla dicha especificación. Lamaqueta incorporará una interfaz con el exterior idéntica a ladel producto final, y sobre ella podrá experimentarse y modifi-car el circuito hasta estar seguro de que efectivamente lo pre-visto sobre el papel incluye todos los casos, de que el manejodel aparato final es cómodo, etc, incorporando, si los hay, loscambios a la especificación, que ya será la definitiva. Como es natural, estos cambios tendrán su repercusión en elprecio final del diseño, pero si no son demasiado drásticos notienen por qué afectar al precio de los chips en producción.Para que el montaje de la maqueta no suponga duplicar el di-seño, y por tanto el coste de esta parte del proyecto, existenvarios procedimientos. Algunos fabricantes de ASICs propor-cionan programas que traducen automáticamente una descrip-ción del circuito basada en módulos de su biblioteca en otrabasada en módulos de dispositivos programables*, con losque se monta la maqueta, por lo que el diseñador sólo debetrabajar sobre un único diseño. Otro método es el uso de emu-ladores: la descripción del ASIC se transfiere a una máquinaque responde a los estímulos del entorno igual que lo haría elASIC.Una vez firmada la especificación por usuario y centro de dise-ño, el primero no tiene más que esperar los prototipos, queprobará en aplicaciones reales antes de dar el visto bueno de-finitivo y pasar a producción.

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* Estos dispositivos pueden sustituir a ASICs sencillos, o porciones de ASICs, peropueden ser personalizados por el usuario, con lo que se evita el pago de NRE.


El proceso descrito es el que menos participación exige alusuario, y suele seguirse cuando éste es ajeno al sector electró-nico o cuando simplemente no le interesa dedicar personal téc-nico de su plantilla a estas tareas. Pero en la medida que le in-terese, bien para que sus técnicos reciban formación en la me-todología de diseño ASIC o bien para pagar menos al centrode diseño, si dispone de técnicos formados, puede aumentar elgrado de participación del usuario hasta llegar incluso a alqui-lar las herramientas y diseñar el ASIC por sí mismo. Aunque se disponga de personal formado, no suele ser habi-tual la compra de las herramientas completas: con los costesactuales de adquisición y mantenimiento anual, no resulta ren-table, a menos que se vayan a hacer muchos diseños. El puntoóptimo cuando se quiere la mayor independencia posible delcentro de diseño a un coste razonable es formar a algún técni-co y disponer de un simulador basado en ordenador personalque acepte las bibliotecas de los fabricantes más usuales, o al-guna biblioteca estándar, y apoyarse en el centro de diseño,previo acuerdo con éste, para realizar las fases finales de des-cripción física del chip y programa de prueba.

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Como en cualquier negocio, las ventajas que se persiguen utili-zando ASICs son económicas. Las empresas utilizan ASICssimplemente para conseguir mayores beneficios, bien porquelos ASICs hacen su producto más competitivo o porque les per-miten sacar al mercado nuevos productos que sin ASICs seríaninviables técnica o comercialmente. En los cálculos para deter-minar la rentabilidad de la solución con microelectrónica inter-viene también el número de unidades que se vayan a utilizar,pero, aunque hay casos en que esta alternativa sólo resultarentable para cantidades muy altas, hay muchos otros en losque el ASIC ha demostrado ser la solución más competitiva, in-cluso cuando se producen sólo algunos cientos, o incluso dece-nas de unidades.Los ASICs hacen los productos más simples, más pequeños,más eficientes, más fiables, y más difíciles de copiar. Cadauna de estas ventajas implica otra serie de beneficios, traduci-bles en valor económico. Por otra parte, la metodología de diseño ASIC proporcionaotra serie de ventajas a la empresa: más seguridad en el dise-ño, mejor documentación, más capacidad para el desarrollode nuevos productos y mejor imagen empresarial.

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LAMICROELECTRONICAES RENTABLE

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Simplificación

Es la ventaja más perceptible: un ASIC sustituye a un buen pu-ñado de componentes estándar. En algunos casos, el coste delASIC ya resulta inferior al de los componentes que elimina. Pe-ro además, hay ventajas en otros capítulos:•Reducción de costes de montaje: Montar un solo ASIC es másbarato que montar los componentes estándar equivalentes. Amenudo se puede reducir el número de placas, con el consi-guiente ahorro en circuito impreso, conectores, simplificaciónde la mecánica de las cajas, etc. Si con el ASIC se consigueeliminar una sola placa de circuito impreso, con sus necesa-rias conexiones con el resto del equipo, casi siempre salenlas cuentas.

•Menores costes de aprovisionamiento: Al reducir el número decomponentes distintos se reducen los problemas de proveedo-res, stocks, documentación, etc.

•Mayor seguridad en el suministro: Un problema relacionadocon el aprovisionamiento y que muchas veces ha causadograves perjuicios es la discontinuidad en el suministro de com-ponentes estándar. De repente, el fabricante X deja de fabri-car uno de los componentes necesarios para el producto: si nose encuentra una alternativa, no puede seguirse fabricando.

A veces no hace falta que el componente estándar deje de fa-bricarse: como bien saben los responsables de producción,hay ocasiones en que un determinado componente estándar sehace extraordinariamente difícil de conseguir (generalmentepor tirones en la demanda por parte de algún consumidor ma-sivo, con quien el fabricante del componente tiene más intere-ses comerciales). En ese caso, la opción es pagar precios abu-sivos a revendedores que pueden llegar a absorber el margencomercial del producto, y que hay que pagar si se quiere se-guir fabricando y no perder clientes.En ocasiones se ha recurrido a los ASICS precisamente pararesolver el problema creado por la desaparición de un compo-nente estándar. Un caso interesante fue el que se planteó enEspaña a varios fabricantes de mandos a distancia para abrir

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puertas de garaje cuando el chip estándar en el que basabansu producto se dejó de fabricar. Un porcentaje significativo depedidos de estos mandos proviene de instalaciones ya hechas,como comunidades de vecinos donde llega algún vecino nue-vo, reposición de mandos perdidos o estropeados, etc. En es-tos casos, no se puede suministrar un mando distinto de losque ya hay en esa comunidad, ya que todos los mandos de-ben ser compatibles. Para poder hacerlo, habría que cambiarel sistema receptor y cambiar a cada vecino su mando con elchip antiguo por otro nuevo.Ante semejante alternativa, varios de estos fabricantes diseña-ron o contrataron el diseño de sus propios circuitos integradosa la medida, que mantuviesen la funcionalidad del chip están-dar desaparecido. Esto ocurría a mediados de los ochenta,cuando los ASICs, al menos en España, eran todavía algo bas-tante exótico. En casi todos los casos, se aprovechó la ocasiónpara dar más prestaciones al producto, como mayor númerode códigos o canales.

Miniaturización

En muchos casos, es la clave para la viabilidad de un produc-to. Un reloj de pulsera hecho con los componentes estándar dela época en que aparecieron los primeros relojes electrónicoshubiese tenido el tamaño de un ladrillo. En general, siempreque se requiera que el producto final sea portátil, o si se prevéque un menor tamaño va a ayudar en la venta del producto,es obligado considerar el ASIC como una posible solución. Pe-ro la miniaturización proporciona otros beneficios, aunque nosea preciso que el producto final sea de pequeño tamaño:•Mayor robustez mecánica: La reducción de tamaño y pesodel producto con ASIC le permite soportar mejor los golpes yel mal trato que otro realizado con componentes estándar.

•Menor sensibilidad y menor creación de interferencias: Laspistas de cobre de los circuitos impresos y el cableado pue-den hacer de antenas que reciben o generan interferencias.La reducción de tamaño reduce estos riesgos.

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Eficiencia

Probablemente este sea el punto más interesante a destacar.Con los ASICs se puede mejorar la eficiencia de las funcioneselectrónicas, en lo que se refiere a velocidad, consumo y com-plejidad, mejorando las prestaciones de productos realizadoscon electrónica tradicional, o logrando productos que no seríanposibles con chips estándar.

Velocidad

La velocidad a la que pueden realizarse las funciones electróni-cas es inversamente proporcional al tamaño de las estructurasfísicas que las soportan. A medida que se van consiguiendo dis-positivos activos más pequeños y más rápidos, el cuello de bo-tella que limita la velocidad máxima a la que el sistema puedefuncionar es la interconexión de estos dispositivos entre sí.En un ASIC, esta interconexión se hace, evidentemente, dentrodel propio chip. Pero cuando se diseña un producto con chipsestándar, es preciso interconectar funciones que se realizan enchips diferentes. Esto se hace conectando los terminales de sa-lida de un chip a los de entrada del siguiente por medio depistas del circuito impreso, que normalmente tienen algunoscentímetros de longitud. El tamaño de estas pistas o de los pro-pios terminales de entrada y salida de los chips es mucho ma-yor que el tamaño de las conexiones internas al chip, con elconsiguiente deterioro de la velocidad. Es corriente que la ver-sión ASIC de un producto realizado previamente con compo-nentes estándar de la misma tecnología al menos duplique suvelocidad.

Consumo

Las leyes físicas que intervienen aquí son, en otra escala, lasmismas que intervienen en fenómenos cotidianos, como condu-cir un coche: la forma de lograr la misma velocidad con estruc-turas más grandes es aplicar más potencia, y por tanto consu-mir más energía. Un ASIC es capaz por lo tanto de hacer la

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misma función que un grupo de componentes estándar con unconsumo más reducido. Además de su menor consumo intrínseco, el ASIC permite re-cortar el consumo a niveles ínfimos precisamente por su diseñoa la medida de la aplicación. Un caso típico lo constituyen losproductos basados en microprocesador o microcontrolador. Es-tos dispositivos requieren que una serie de órganos internos es-tén funcionando permanentemente, lo que supone un consumoeléctrico aunque el sistema completo no esté realizando másfunción que la de vigilancia de sus sensores. En el ASIC sepueden diseñar los órganos de vigilancia de modo que sóloestos estén activos hasta que haya que realizar alguna acción,reduciendo el consumo en órdenes de magnitud.La reducción del consumo, en productos que consumen bastan-te y deben ser conectados a la red, es beneficiosa no sólo por-que reduce el recibo de la luz del cliente. Un menor consumosupone menor calentamiento y por tanto mayor fiabilidad; enalgunos casos permite incluso eliminar ventiladores, lo queconstituye, aparte del menor coste, un claro elemento diferen-ciador frente a productos que los lleven, y reduce tamaño, pe-so y coste de la fuente de alimentación. En el caso de sistemasmuy complejos, el menor consumo puede ser la clave de sufactibilidad, ya que con componentes estándar el calentamien-to sería intolerable.En productos de consumo intermedio, la reducción proporcio-nada por los ASICs puede ser lo que permita pasar de un pro-ducto que funcione conectado a la red a otro que haga la mis-ma función pero con baterías. Junto con la ya mencionada re-ducción de tamaño y peso, esta ha sido la clave de la conver-sión de muchos productos fijos a portátiles. La ventaja competi-tiva es evidente.Por último, en productos de consumo bajo, el ASIC permite lo-grar el sueño de muchos diseñadores de productos: liberarlosde la conexión a la red y del cambio de pilas. En realidad síque hay una pila, pero el ASIC consume tan poco que la piladura toda la vida del producto (típicamente diez años, precisa-

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mente limitados por la duración que garantiza el fabricante dela batería). El producto puede ser una caja hermética, que sim-plemente se sustituya cuando caduque.

Complejidad

Es difícil hacerse una idea de lo que realmente implica esta ca-racterística de los ASICs. Aún para profesionales en este cam-po, el llegar a concebir lo que puede hacer un chip con un mi-llón de dispositivos internos y aprovechar toda la potencia queesto ofrece requiere grandes dosis de creatividad. Ahí resideen buena medida la capacidad de crear productos innovado-res que abren nuevos mercados. No en vano se suele decirque la principal limitación de la microelectrónica es la imagi-nación de quienes la usan.Pero sin llegar a productos revolucionarios, una ventaja muyinteresante que ofrecen los ASICs es lo que podría llamarse“complejidad adicional gratuita”: el coste marginal de añadirfunciones o prestaciones extra es mucho menor que en el casode chips estándar. La consecuencia es que la forma de definiry diseñar un nuevo producto es totalmente distinta, mucho másambiciosa en el caso de productos con ASIC.La diferencia está en la autolimitación a la hora de imaginarlas prestaciones que debe tener un producto. Un diálogo típicoentre un asesor experto en ASICs y un responsable de desarro-llo de producto basado en chips estándar, una vez definido eltipo de ASIC que haría las funciones de su producto, es el si-guiente:A.- Oye, y si estáis pensando en un ASIC, ¿qué tal si elimina-mos este potenciómetro de ajuste y su función la hacemoscon un pulsador? Sería mucho más cómodo para el usuario.Es más, incluso se podría hacer que el sistema se autoajusta-se; posiblemente muchos clientes potenciales no compran es-te tipo de producto porque su manejo les parece demasiadocomplicado.R.D.- Pues hombre, todo el mundo lo fabrica así. Es que parahacerlo como tú dices haría falta añadir convertidores, regis-

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tros, comparadores... Saldría carísimo. Además no me cabrí-an en la placa. Y el convertidor tendría que comprárselo alfabricante X que me ha dejado colgado más de una vez.A.- Pero si todo eso puede ir dentro del mismo ASIC que ha-ce el resto de las funciones, y el precio no subiría ni un dospor ciento...

Con la mentalidad del componente estándar, funciones perfec-tamente factibles, tanto técnica como económicamente, se des-cartan sin siquiera llegar a plantearse, porque cada función lle-va aparejado un coste que produce su rechazo, incluso a nivelsubconsciente. Una de las grandes ventajas de introducirASICs en una empresa es la liberación de la creatividad de losresponsables de producto, una vez son conscientes de que pe-dir más prestaciones no lleva necesariamente aparejado un in-cremento significativo en el coste final del producto.

Fiabilidad

El ASIC mejora la fiabilidad del producto, al reducir el númerode soldaduras y el cableado, que suelen ser los elementos máspropensos a fallo en los dispositivos electrónicos. También me-joran otros aspectos relacionados con la fiabilidad:•Mantenibilidad: Por un lado, la simplificación que proporcio-na el ASIC facilita la búsqueda y reparación de averías. Porotro, parte de la “complejidad adicional gratuita” menciona-da anteriormente puede usarse para incluir funciones avanza-das de autoprueba y autodiagnóstico que faciliten el manteni-miento por personal no especializado.

•Facilidad de prueba y ajuste: Otro caso típico de utilizaciónde la “potencia barata” del ASIC es la simplificación del ajus-te final en fábrica. Hay productos, especialmente los de fuer-te contenido analógico, donde hay unos cuantos potencióme-tros que deben ser ajustados por un operario especializado.Aparte del encarecimiento en mano de obra, este procedi-miento es propenso a errores y además los valores ajustadosen fábrica suelen desajustarse por envejecimiento de los po-tenciómetros, vibraciones, etc. El ajuste es mucho mejor si se

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sustituyen los potenciómetros por multiplexores, convertidoranalógico/digital, memoria, etc. Con componentes estándarsuena a matar pulgas a cañonazos, pero con el ASIC puedeser tan barato como para que resulte rentable.

Por otro lado, la metodología de diseño de los ASICs exigeque junto con el circuito se diseñe un programa de pruebasque verifique exhaustivamente todos los órganos internos delchip. Este programa puede servir para probar automáticamen-te la funcionalidad del producto terminado.

Dificultad de copia

En determinados mercados existe el problema de la competen-cia por parte de compañías piratas que hacen copias del pro-ducto: reproducen el circuito impreso, copian las memorias deprograma del microprocesador y montan los mismos chips es-tándar que ven montados en la placa del producto original. Eluso del ASIC hace imposible la copia, ya que, al contrario quelos chips estándar, para poder comprar el ASIC hace falta la li-cencia de su propietario, que suele ser el propietario del pro-ducto. La opción para la compañía pirata es diseñar un ASICque haga las mismas funciones, lo que no le supone menos es-fuerzo que si diseñasen un producto propio.Otro caso es el de los repuestos y ampliaciones de un produc-to. Por ejemplo, una compañía que exportaba sistemas de con-trol de regadíos veía que en las ampliaciones, los pedidos demódulos electrónicos de control no coincidían con la extensiónde los campos a regar. La razón era que los clientes pedíanlos componentes y módulos directamente a los proveedores dela compañía. Con un ASIC se aseguró el control del suministrode estos módulos.

Los chips estándar y la competitividad

Sin llegar a estos extremos, un problema que se tiene cuandoun producto se basa en un chip de catálogo es que la defini-ción de la funcionalidad del producto corre en buena medida

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a cargo del fabricante del chip. El fabricante del producto finalsólo puede añadir o eliminar algunos detalles, mediante com-ponentes adicionales, para personalizar su producto frente aproductos análogos de sus competidores basados en el mismochip. Otra alternativa es competir simplemente en precio, reducien-do los costes de fabricación hasta los niveles de sus competido-res, cosa que a veces es difícil, como bien saben los que tie-nen que competir en este terreno con compañías de extremooriente, por ejemplo, y no sólo por la mano de obra. Como lasescalas de producción de estas empresas son mucho mayores,consiguen precios mucho mejores para sus chips estándar quelos que puede conseguir la empresa española. El resultado: elprecio al que pueden vender el producto terminado llega a serinferior al coste de los materiales para la empresa española.Esta sigue siendo en muchos casos la situación en el caso deproductos basados en chips estándar no modificables. Lo malo es que esta situación se puede automantener indefini-damente. A muchas empresas que basan sus productos encomponentes estándar nunca les han salido las cuentas cuan-do han investigado la posibilidad de sustituirlos por un ASIC. Yno es probable que les salgan, porque el planteamiento de ba-se elimina radicalmente esta posibilidad.Cuando, al especificar un producto, se pone como condiciónque se pueda hacer con dos componentes estándar, se conse-guirá exactamente eso: un producto con el precio y las presta-ciones que pueden conseguirse con dos componentes están-dar. Y lo que hacen uno o dos componentes estándar que va-len veinte duros no podrá hacerlo nunca un ASIC por menosprecio, a menos que (en este caso, sí) se vaya a fabricar encantidades ingentes. La razón es muy simple: mientras el ASICse fabricará en la cantidad que vaya a consumir la empresaque fabrica el producto, los componentes estándar se fabricanen cantidad suficiente como para abastecer a esa compañía y,de paso, también a toda la cuenca del Pacífico.¿Dónde está el fallo? En plantear a priori el diseño pensando

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en lo que pueden hacer los componentes estándar y, una vezse ha terminado y se está vendiendo el producto, pensar enhacer lo mismo y más barato con un ASIC.Las cuentas saldrán si en el momento de especificar el produc-to, ya se tiene en cuenta el ASIC como alternativa de realiza-ción, y se aprovechan sus posibilidades para lograr un produc-to que, con un coste razonable, ofrezca prestaciones que le di-ferencien de los productos de la competencia basados en com-ponentes estándar.

Metodología de diseño

A la hora de decidir cuál es el principal activo que logra laempresa que asimila la metodología de diseño ASIC, segura-mente habría que inclinarse por la liberación de la creatividadmencionada anteriormente, que la pone en el camino de aco-meter proyectos más ambiciosos. Pero cuando el diseño de laelectrónica del producto lo realiza la propia compañía, la for-mación de sus ingenieros en la metodología de diseño ASICacaba proporcionando otras ventajas adicionales. Por un lado, los diseños son de mayor calidad, aún en produc-tos que se realicen con chips estándar. Para empezar, el dise-ño ASIC exige la simulación y verificación exhaustiva de cadaelemento del sistema, tema que en muchas compañías de ta-maño pequeño y mediano sigue siendo una asignatura pen-diente. Un circuito bien simulado deja menos resquicios a fa-llos en producción debidos a tolerancias, cambio de provee-dor de algún componente, variaciones de temperatura, etc. Porotro lado, el disponer de un simulador y manejarlo supone po-der acometer diseños más complicados con mayor probabili-dad de éxito.La forma de trabajar cuando no se usa simulador es definir elesquema del circuito sobre papel o con la entrada de esque-mas del programa de diseño de circuitos impresos, - este soft-ware sí que va penetrando en muchas empresas - realizar elcircuito impreso, montarlo y ver qué pasa. Desde luego, si eldiseñador es lo suficientemente experimentado y está familiari-

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zado con el tipo de aplicación, lo que pasa es que la placafunciona prácticamente a la primera, con mínimos retoques.Pero cuando el diseño es complicado o se sale de lo habitual,suelen ser precisas varias repeticiones o montajes parciales an-tes de llegar a un producto que funcione. Con la complejidadcreciente de los productos que demanda el mercado, con pla-cas de circuito impreso casi siempre con varias capas, carasde realizar y difíciles de analizar, se hace evidente la ventajade la simulación previa.Otro punto a tener en cuenta es la documentación, también im-prescindible en el diseño ASIC y que con la metodología tradi-cional, a menos que el equipo de diseño sea muy disciplinado,suele quedar relegada a lo imprescindible, que a veces sonunas notas a lápiz en unas pocas cuartillas. Cualquiera quehaya tenido que revisar el diseño de un producto, bien paraintroducir mejoras o para resolver el problema de algún clien-te, sabe que este trabajo puede ser una pesadilla, o simple-mente imposible, si no se tiene a mano una documentaciónbien hecha.

Mejora de la imagen empresarial

Muchas empresas pequeñas y medianas trabajan para gran-des clientes. De cara a estos clientes, el ASIC es un buen ele-mento diferenciador, que aumenta su confianza en la solvenciadel proveedor que lo utiliza.

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Como nada es perfecto, hasta los ASICs tienen sus inconve-nientes, que son fundamentalmente cuatro: •los costes de desarrollo son más elevados que los de otras al-ternativas de realización

•no se pueden modificar una vez fabricados•sólo se dispone de un suministrador•requieren personal especializado para su diseñoPero ningún inconveniente es insalvable, como se puede ver acontinuación.

Costes de desarrollo elevados

Los costes de desarrollo de un ASIC se componen principal-mente de dos partidas: coste del diseño, cuya componente fun-damental son las horas de ingeniería invertidas por el equipode diseñadores o el centro de diseño externo, y coste de proto-tipos, que son los NRE a abonar al fabricante. La tercera parti-da es el coste de elaboración de la especificación, que sueleser inferior.Los costes de diseño de un sistema electrónico realizado conun ASIC no tienen por qué ser más elevados que si se hiciesea base de chips estándar, ya que las horas de trabajo de inge-niería que hay que invertir no dependen tanto de la forma derealización como de la complejidad del sistema. Es más, gra-cias a las modernas herramientas de diseño ASIC, que auto-

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¿DONDE ESTANLOSINCONVENIENTES?

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matizan muchas etapas del diseño llegando incluso a sintetizarbloques completos a partir de descripciones funcionales, lonormal es que un mismo sistema, diseñado en un ASIC, requie-ra menos horas de ingeniería que si se realiza por el sistematradicional, de modo que su coste, aunque lo haga un centrode diseño externo, puede ser menor que si se realiza en lasinstalaciones del usuario.Otra cosa son los costes de fabricación de prototipos (NRE).Estos costes dependen fundamentalmente de la complejidaddel chip, de la opción de realización empleada y de la tecno-logía. Aunque para los ASICs más sencillos los NRE puedenser del orden del millón de pesetas, las cifras más típicas paraASICs de complejidad media y tecnologías corrientes están en-tre los tres y los cinco millones.Según el tipo de producto, estos costes podrán ser absorbidoso no. Desde luego, con un producto que se vende a cien pese-tas y deja un margen de diez, hará falta vender muchísimasunidades para salir de números rojos. Estos productos son lostípicos que están basados en un componente estándar, sin po-sibilidad de añadir prestaciones adicionales, donde está de-mostrado que aplicar un ASIC no resulta casi nunca rentable,ya que lo más probable es que incluso el coste de producciónsea mayor con ASIC que sin él (ver el apartado “chips están-dar y competitividad”). Pero en productos con complejidad me-diana, donde se aprovechen las posibilidades del ASIC paraañadir prestaciones que no dan los componentes estándar, elmayor valor añadido del producto hará que los costes inicialesse amorticen con muchas menos unidades.Una forma de salvar esta dificultad inicial es recurriendo al usode dispositivos programables por el usuario del tipo conocidocomo FPGA. Estos dispositivos permiten realizar el equivalentea un ASIC sencillo, o a un ASIC más complejo si se utilizan va-rios juntos, y no requieren pagar NRE, ya que se compran “vír-genes” como cualquier componente estándar, y se personali-zan de una forma muy sencilla. El inconveniente es que su cos-te unitario es mucho más elevado, lo que se hace sentir sobre

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todo si, por su menor complejidad, hacen falta varios para ha-cer la función de un solo ASIC. Pero pueden ser una opciónmuy interesante si el producto va a ser sencillo y de tirada re-ducida, o como forma de probar la aceptación del producto,lanzando unas pocas unidades al mercado antes de arriesgarel pago de los NRE.

Dificultad de modificación

Este es el otro inconveniente de los ASICs. A los responsablesdel diseño del producto les suele poner muy nerviosos el he-cho de que cualquier modificación que se quiera hacer sobreel ASIC terminado supone pagar de nuevo los NRE al fabri-cante. En muchos casos, el temor viene de la vieja metodología de di-seño a base de ensayo y error: un circuito se monta con compo-nentes estándar, se prueba, y lo que no funciona se hace quefuncione a base de soldador o reprogramando el microprocesa-dor. No hay ningún miedo a equivocarse, porque corregir nosale demasiado caro. Y esta forma de trabajar crea la convic-ción de que ningún circuito puede funcionar a la primera. Los ASICs no se pueden corregir; hay que volverlos a hacercompletos. Pero precisamente por eso existen unas herramien-tas de diseño que aseguran al cien por cien lo que hará elASIC una vez fabricado. No hay sorpresas: el ASIC haceexactamente lo que dice el simulador (y si no lo hace, los gas-tos corren a cargo del fabricante, que garantizó ese funciona-miento).Pero ¿y si la simulación no contempla todos los casos posibles?¿y si al probar los ASICs se encuentra uno con que una condi-ción no prevista en la simulación pone al ASIC fuera de com-bate? Ese sí que es un problema real, y es el motivo por el queen muchos casos se hacen maquetas previas para ver cómofunciona el sistema completo y asegurar que todas las contin-gencias están previstas antes de mandar el diseño al fabrican-te y pagar los NRE. Otra opción disponible recientemente sonlos emuladores de ASICs, que interaccionan con el resto del

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sistema como lo haría el ASIC una vez fabricado, y que permi-ten verificar exhaustivamente que no se ha dejado ningún ca-bo suelto.Simulación, maquetas y emuladores son la garantía de que elASIC que se fabrique va a hacer exactamente lo que se deseade él. Pero aún queda otro problema. Hay muchos productosque evolucionan a lo largo de su vida. A veces interesa sacaral mercado un producto de gama baja y al cabo de un tiempoelevar sus prestaciones. O puede que el producto se venda enuna variedad de opciones. Y no es razonable pagar nuevosNRE cada vez que se lanza la nueva versión o para cada op-ción de producto que se saque al mercado.La solución viene de la mano de la ya mencionada compleji-dad gratuita de los ASICs: al acometer un proyecto en el quehabrá una familia de productos con diferentes prestaciones, enmuchos casos es rentable hacer un único ASIC que pueda rea-lizar las funciones de toda la familia (se supone que al ser unafamilia de productos, las funciones básicas serán siempre lasmismas y se utilizarán en todos los casos). Unos terminales delchip conectados en unos casos y desconectados en otros indi-can al ASIC qué funciones son las que debe ejecutar y las queno; cuando la realización de unas u otras opciones requierecambiar una cantidad de información significativa, una opciónmuy usada es combinar el ASIC con una memoria externa debajo coste. Esta posibilidad de los ASICs hace muy felices a los responsa-bles de producción. A veces, una familia de doce productos,cada uno con su pequeño cambio en componentes, circuito im-preso, etc, se sustituye por una placa única, siempre idéntica,y en la que basta con soldar o no unos puentes o grabar unamemoria con unos datos u otros para entregar al departamen-to de ventas un tipo de producto u otro en cuestión de minutos.

Sólo hay un suministrador

El diseño de un ASIC hecho con la biblioteca de un fabricanteconcreto no es transferible directamente a otro fabricante dis-

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tinto. Para poder hacerlo, hay que revisar el diseño para ver sise adapta bien a las características de las células del nuevo fa-bricante, repetir la parte del diseño del ASIC que tiene que vercon el diseño físico y, sobre todo, pagar los NRE del nuevo fa-bricante, que serán similares a los que se pagaron al anterior.Y eso siempre que en el diseño no se hayan utilizado célulasespeciales (sobre todo, las analógicas), que puede ser difícil oimposible sustituir. Con este condicionante, son numerosas las empresas que sesienten inseguras, ya que la continuidad de su producto depen-de de que el fabricante elegido le siga suministrando el ASICen condiciones adecuadas. Prefieren usar componentes están-dar, ya que entonces, si falla un fabricante, siempre se podrácomprar a otro.Esto no quiere decir que la situación con ASIC sea mucho peorque si se hace el diseño con componentes estándar. A menosque el diseño se haga utilizando exclusivamente componentesmuy comunes y con varios suministradores, siempre hay algúnelemento crítico en el que si falla el suministrador ya no se pue-de fabricar el producto. Aparte de que con un producto hechoa base de componentes tan corrientes es difícil competir enotra cosa que no sea precio, el hecho de tener una serie deproveedores supone un esfuerzo adicional de diseño, o de re-baja en las prestaciones del producto, para que éste funcioneaún utilizando los componentes del fabricante con menoresprestaciones o calidad. Otro problema son las repentinas ca-restías que afectan cíclicamente a determinadas familias decomponentes estándar.Los ASICs compensan con creces el riesgo del suministrador úni-co cuando gracias al mismo se eliminan varios componentes es-tándar no demasiado corrientes: el riesgo de discontinuidad enel suministro es menor, al reducirse el número de elementos críti-cos. Y el coste de los stocks de materiales disminuye.Pero además, la empresa que compra un ASIC tiene una rela-ción mucho más directa con la empresa que lo fabrica quecuando compra un componente estándar, y por tanto, es posi-

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ble planificar el suministro con muchas más garantías de serie-dad y compromiso por parte del suministrador.Hay un tema relacionado con el suministrador único que, aun-que también afecta a los componentes estándar, suele pasarmás desapercibido que en el caso de los ASICs: las tecnologíastienen un ciclo de vida limitado. Por ejemplo, a mediados delos ochenta la tecnología más competitiva era la de dos micras,mientras que a principios de los noventa la más utilizada es lade una micra, que a su vez, ya está dejando paso a la de me-dia micra. Los fabricantes mantienen en sus instalaciones variastecnologías simultáneamente, pero acaban jubilando a las tec-nologías más antiguas para dejar sitio para las nuevas. Cuan-do esto ocurre, los fabricantes de ASICs avisan a las empresasque han comprado chips de la tecnología que va a desapare-cer con suficiente antelación para que hagan acopio de loschips que vayan a necesitar en lo que quede de vida del pro-ducto, o bien que adapten su diseño a la nueva tecnología, loque lleva aparejado el pago de nuevos NRE, aparte de la revi-sión funcional del diseño.Como la vida media de una tecnología puede cifrarse en unosdiez años, sólo si la vida prevista del producto va a ser muchomás larga habrá que tener en cuenta este detalle. En cualquiercaso, es conveniente asegurarse antes de pagar los NRE deque la tecnología con la que va a fabricarse el ASIC no estápróxima a la jubilación.

Requieren personal especializado

Como ya se dijo antes, esto es cierto, pero no tan grave comohace pocos años. La imagen clásica del técnico diseñador deASICs, especialista en proceso microelectrónico, que debía co-nocer todos los misterios de lo que ocurría en el interior de loschips, ya no es del todo correcta. Por supuesto que siguen exis-tiendo, y son tan escasos y caros como antes, pero su funciónhabitual es la de diseñar nuevas células o diseños full-customen estrecho contacto con el fabricante.

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Para diseñar un ASIC hoy en día, a menos que los requisitosque impone el proyecto sean tan exigentes como para tenerque diseñar una célula especial, lo normal es utilizar el ampliorepertorio de células disponibles. Los conocimientos necesariospara poder diseñar con estas células son básicamente los mis-mos que los del ingeniero de diseño convencional, sólo que uti-lizando como catálogo de funciones la biblioteca del fabrican-te de ASICs en vez de (o junto con) el catálogo de componen-tes estándar.¿Dónde está entonces la especialización? Desde luego, soncondiciones necesarias saber manejar con soltura las herra-mientas de diseño ASIC (simuladores, sintetizadores, etc); do-minar las técnicas de prueba, ya que una parte imprescindibledel diseño ASIC es el programa de prueba de los mismos, yconocer las reglas de diseño del fabricante, que caben en unmanual de muy pocas páginas. En numerosas escuelas técni-cas o facultades se imparten estas enseñanzas como parte delos estudios de especialidad, en los últimos años de carrera.También, los técnicos de empresas que han realizado su pri-mer diseño ASIC han adquirido una razonable soltura en estastécnicas en los pocos meses que participaron en el equipo dediseño.Pero la principal habilidad que se requiere para ser un buen di-señador de ASICs es la de ser un buen diseñador de sistemas,y sobre todo, ser capaz de diseñar esos sistemas sin tener pues-tas las orejeras del diseño con componentes estándar, que impi-den concebir soluciones que no sean las que figuran en el catá-logo del fabricante favorito. En este sentido, lo que va mejoran-do a los diseñadores es la experiencia: cuantos más diseños deASIC se lleven a las espaldas, más fácil es dar a la primera conla solución óptima para un problema concreto. Por este motivo,al menos hasta que el personal de diseño de la empresa ad-quiera esta habilidad, es bueno dejarse asesorar por centros dediseño con experiencia, aunque sólo sea para definir la formade realización más adecuada de su producto.

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Un detalle final sobre la especialización, a tener en cuenta enlos proyectos más ambiciosos. Como se ha dicho, la tecnolo-gía permite ya colocar dentro de un chip más de un millón detransistores. Los productos estrella de los próximos años seránlos que saquen todo el jugo a esta tremenda capacidad. Y pa-ra poder hacerlo, los conocimientos necesarios son de un nivelmás abstracto: los equipos de diseño de este tipo de productosdeberán contar con matemáticos, especialistas en arquitecturade ordenadores, proceso de señal, etc, además de los especia-listas en diseño ASIC. Prácticamente ninguna empresa puedepermitirse semejante equipo en su plantilla, pero esto no quieredecir que por esto haya que renunciar a poseer este tipo deproductos. La clave está en la colaboración. Por un lado, hay una gran cantidad de talento disponible enlas Universidades españolas, y numerosas ayudas de la Admi-nistración, para que una empresa con un proyecto ambiciosopueda formar un equipo para hacer ese diseño contando conlos mejores especialistas. Por otro lado, la Unión Europea apo-ya activamente la formación de consorcios de varias empresaseuropeas para realizar este tipo de proyectos. Cualquiera deestos caminos, o una combinación de los dos, formando unconsorcio con varias entidades españolas y europeas, puedeser una buena manera, y hasta puede que la única, de que lasempresas pequeñas y medianas (españolas y europeas) ad-quieran el nivel tecnológico necesario para poder competir enel próximo futuro.

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Todo lo dicho hasta ahora se puede resumir en dos puntos bá-sicos: •La microelectrónica puede ofrecer soluciones que hacen máscompetitivos los productos de todo tipo de sectores

•Su uso es accesible a empresas de todos los tamaños y ca-racterísticas

Pero hay otro punto a destacar: que los ejemplos y ventajasque se han expuesto se refieren a proyectos y productos rea-les, fabricados por empresas españolas.Empresas de diez empleados o incluso empresas familiares;empresas fabricantes de ascensores o de reactancias parafluorescentes; empresas de sectores tan ajenos a la electrónicacomo pueden ser la cerrajería o el saneamiento, disponen deproductos propios que pueden competir con más eficacia gra-cias a los ASICs. Uno de los agentes más activos en esta difusión de la microe-lectrónica en nuestro país ha sido la acción GAME (GrupoActivador de la Microelectrónica en España), promovida porla Comisión Europea, el Ministerio de Industria y la CICYT.Además de apoyar individualmente a empresas que abordenel desarrollo de productos que incluyan ASICs, la acción GA-ME ha potenciado el uso de Centros de Diseño de ASICs enla mayor parte del territorio nacional, bien ayudando directa-

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EN ESPAÑAHAYCAPACIDAD DEDISEÑO

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mente a su equipamiento o bien subvencionando proyectospara empresas de su región. Como resultado de este esfuerzo, existe actualmente una redde Centros con capacidad para realizar, como mínimo, las ta-reas de diseño del ASIC más próximas al usuario final: aseso-ría, definición de especificaciones y diseño funcional. Los másgrandes de estos Centros disponen del equipo y herramientascompletos para llevar a cabo todo el ciclo de diseño, y ponensu equipamiento a disposición de los más pequeños para reali-zar las tareas finales, más próximas al fabricante. En la listaque sigue se indican los centros públicos y privados, que hanfinalizado algún proyecto industrial GAME en el momento deeditar este documento.

Centros privados:

* SIDSA (Semiconductores Investigación y Diseño, S.A.)Responsable: José María InsenserIsaac Newton, s/nParque Tecnológico de Tres Cantos28760 MadridTeléfono: 803.50.52

IKERLANResponsable: Carlos LuriPº J. Mª Arizmendiarrieta, s/n20500 Mondragón (Guipuzcoa)Teléfono: 943/77.12.00

Centros públicos:

UNIVERSIDAD DE SEVILLAETSI IndustrialesResponsable: Leopoldo García FranqueloAvda. Reina Mercedes, s/n41012 SevillaTeléfono: 95/455.68.66

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UNIVERSIDAD DE ZARAGOZACentro Politécnico SuperiorResponsable: Armando Roy YarzaMaría de Luna, 350015 ZaragozaTeléfono: 976/51.29.32

* CENTRO NACIONAL DE MICROELECTRONICA (CNM)Responsable: Jordi Aguiló LlovetCampus Universidad Autónoma de Barcelona08193 Bellaterra (Barcelona)Teléfono: 93/580.26.25

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑAETSI IndustrialesResponsable: Emilio LuponDiagonal, 64708028 BarcelonaTeléfono: 93/401.66.01

* UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRIDETSI IndustrialesResponsable: Javier UcedaJosé Gutiérrez Abasca, 228006 MadridTeléfono: 91/562.62.00

* UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRIDETSI TelecomunicacionesResponsable: Juan MenesesCiudad Universitaria, s/n28040 MadridTeléfono: 91/336.73.01

(*) Centro de excelencia GAME

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ASIC: Circuito Integrado de Aplicación Específica. Chip de si-licio configurado específicamente para una aplicación concre-ta.

biblioteca: conjunto de módulos o funciones electrónicas utili-zables por diseñadores de ASICs sin necesidad de conocer susdetalles internos.

centro de diseño: empresa, por lo general independientedel fabricante de chips y del usuario, que presta servicios deasesoría y diseño de ASICs.

chip: rectángulo de silicio, de unos pocos milímetros de lado,que contiene un circuito electrónico

circuito impreso: placa de fibra de vidrio o material similar,que contiene el cableado necesario para la interconexión devarios componentes electrónicos, y sirve de soporte para losmismos.

diseño físico: también diseño geométrico; parte del diseñodel ASIC que tiene que ver con el trazado en el chip de siliciode las estructuras físicas que realizarán las funciones del ASIC,y de su interconexión.

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GLOSARIO

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diseño funcional: diseño del ASIC hasta lograr la funciona-lidad deseada, conectando adecuadamente las funciones ele-mentales disponibles en la librería, y sin llegar al diseño físico.

diseño geométrico: ver diseño físico.

dispositivos programables: chips estándar que puedenhacer las funciones de ASICs digitales sencillos, y son persona-lizados por el usuario, evitando el pago de los NRE. En estetexto, son los conocidos comercialmente como FPGAs.

emulador: instrumento que remeda el funcionamiento de unASIC. Conectado a un ordenador por un lado y al entorno enel que debe funcionar el ASIC por otro, permite verificar la in-teracción entre el ASIC y el resto del producto, haciendo fun-cionar al producto como si el ASIC ya estuviese fabricado.

especificación: descripción detallada y rigurosa de las fun-ciones que debe realizar un ASIC. Es la base del contrato en-tre el centro de diseño, el fabricante de chips y el usuario.

fabricante (de chips): empresa que posee las instalacionesnecesarias para realizar físicamente los chips, y fija su preciode venta al usuario.

fiabilidad: resistencia de un producto al fallo. Su unidad demedida es el tiempo medio entre fallos.

FPGA: ver dispositivo programable.

full-custom: metodología de diseño de ASICs en la que espreciso definir todos los detalles internos del chip, o de algunade sus células.

herramientas: conjunto de paquetes software que se utilizanpara diseñar ASICs.

mantenibilidad: facilidad de reparación de un producto. Suunidad de medida es el tiempo medio de reparación.

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maqueta: montaje con componentes estándar o programa-bles que remeda el funcionamiento de un ASIC. Se utiliza paracomprobar su funcionalidad en condiciones de funcionamientoreales.

NRE: costes de ingeniería no recurrentes, a pagar al fabrican-te de ASICs para la realización de prototipos de un chip.

plan de pruebas: descripción que hace el diseñador delASIC de un conjunto de estímulos eléctricos que logran verifi-car que todos los órganos internos del chip funcionan correcta-mente.

semicustom: metodología de diseño de ASICs en la que noes preciso definir todos los detalles internos del chip.

simulador: paquete software que permite al diseñador com-probar el funcionamiento del ASIC antes de su fabricación, ob-servando mediante ordenador su respuesta a los estímulos defi-nidos por el diseñador.

síntesis: diseño funcional automático de bloques complejos apartir de funciones elementales de librería y de una descrip-ción de las funciones que debe realizar el bloque, escrita enun lenguaje de especificación estandarizado.

tecnología: procedimiento de fabricación de un chip.

usuario: la empresa que compra los ASICs para montarlosen su producto.

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DOCUMENTOS COTEC SOBRE OPORTUNIDADES TECNOLÓGICASDocumentos editados:Nº 1: SensoresNº 2: Servicios de Información TécnicaNº 3: SimulaciónNº 4: Propiedad IndustrialNº 5: Solucviones Microelectrónicas (ASICS) para todos losSectores IndustrialesDocumentos en preparación:Nº 6: Tuberias en PolietilenoNº 7: Actividades Turísticas

DOCUMENTOS COTEC SOBRE NECESIDADES TECNOLÓGICASDocumentos editados:Nº 1: Sector LácteoNº 2: Rocas OrnamentalesNº 3: Materiales de AutomociónNº 4: Subsector Agro-industrial de origen vegetalDocumentos en preparación:Nº 5: Sector de Construcción

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Soluciones Microelectrónicas (ASICs) Para Todos Los Sectores Industriales (1995)

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