Dziś jest środa, 23 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8408 +0.26% 1EUR 4.2792 +0.04% 1GBP 4.97 -0.02%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Reklama

Aktualności
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej
Nowy cykl szkoleń praktycznych związanych z programowaniem sterowników marki Siemens
więcej
Przed nami 32. edycja targów ENERGETAB 2019
więcej
32 edycja targów Energetab 2019 juz za cztery tygodnie
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
29 październik 2019
73. edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
27 październik 2005.

Technologia ASIC kontra FPGA

Technologia ASIC kontra FPGA

Zawierające sztywne połączenia wewnętrzne, specjalizowane układy (ang. ASIC - Application Specific Integrated Circuit) wyraźnie kontrastują z rekonfigurowalnymi układami, opartymi na programowalnych matrycach bramek (ang. FPGA - Field-Programmable Gate Arrays). Urządzenia programowalne, w połączeniu z rozwojem technologii hybrydowych, pretendują do odegrania znaczącej roli w przyszłości.
Podobnie jak ma to miejsce w wielu innych technologiach, twierdzenie o zaniku stosowanej dotychczas techniki układów ASIC byłoby przedwczesne. Co prawda liczba nowych projektów realizowanych w tej właśnie technologii radykalnie spada, jednakże układy tego typu przynoszą jeszcze znaczne dochody, szczególnie na rynku azjatyckim i wysp Pacyfiku. Drugą młodość tej technologii może przynieść wdrażana ostatnio koncepcja tzw. ?strukturalnego ASIC? (ang. structured ASIC), uwzględniająca podejście hybrydowe. Tymczasem zwiększa się liczba projektów układów typu FPGA (oraz innych programowalnych urządzeń logicznych), a układy tego typu wychodzą z obszaru zastosowań jedynie w mało zaawansowanych, popularnych aplikacjach tzw. niskiego poziomu (ang. low-end application).
Każda technologia ma swój obszar zastosowań. Tradycyjnie już układy ASIC stosowane są w dużych projektach, zaś technologia FPGA w mniejszych, wymagających szybkiego wejścia na rynek lub dysponujących możliwością zdalnego uaktualnienia. Dostawcy układów ASIC i FPGA pozostają w ciągłym sporze, dotyczącym określenia tego, która z technologii jest lepsza i w jakich zastosowaniach. Podobnie same technologie oraz ich różne odmiany, jeszcze długo współistnieć będą na rynku w przyszłości (patrz ramka: "Podobne, a jednak różne zastosowania technologii krzemowych").
- Główną kartą przetargową przemawiającą na korzyść technologii FPGA pozostaje krótki czas niezbędny do wejścia na rynek gotowego produktu ?- stwierdza David Greenfield, starszy kierownik działu układów FPGA wysokiej skali integracji w firmie Altera Corpo-ration.
- Prowadzi to obecnie do przejęcia przez tę technologię większości nowych projektów, realizowanych dotychczas w technice ASIC. Technika ASIC zajmuje teraz dominującą pozycję w obszarach zastosowań wymagających wysokich osiągów, dużego stopnia scalenia (zagęszczenia) oraz niewielkiej objętości układu. Jednak postęp dokonujący się w technice układów FPGA, przy równoczesnym uwzględnieniu znacznych kosztów niezbędnych do rozwoju, tworzenia układów ASIC, spycha układy ASIC do coraz bardziej kurczącego się obszaru rynkowego. Poprawiające się osiągi, stopień scalenia oraz redukcja kosztów produkcji układów FPGA przyspieszają to zjawisko.
- W przeszłości wysokie osiągi i funkcjonalność były czynnikami wyraźnie dzielącymi technologię ASIC od FPGA, która w zasadzie nie mogła pochwalić się ani jednym, ani drugim - stwierdza David Greenfield. - Wiele zmieniło się wraz z przejściem w produkcji układów scalonych od technologii 180 nm do 130 nm oraz 90 nm., które to technologie pozwalają obecnie układom FPGA na osiągnięcie zadowalających parametrów dla większości aplikacji oraz stopnia scalenia (zagęszczenia) rzędu 80% w stosunku do standardowych układów logicznych. Niektórzy z projektantów systemów uświadamiają sobie również, że utrzymywanie niszy rynkowej związanej z wymaganiami bardzo wysokich osiągów układów niesie z sobą nadmierne ryzyko. Na bardzo wysokim poziomie utrzymują się koszty rozwoju tego typu układów, a nie bez znaczenia jest tu również fakt, iż mają one w zasadzie niepowtarzalną konstrukcję.
- Wcześniej realizacja zaawansowanych układów FPGA możliwa była tylko na poziomie prototypów lub niewielkich aplikacji o małym stopniu scalenia, a obecnie układy FPGA stosowane są w znacznie większym zakresie w różnych produktach oraz w ograniczonym zakresie w aplikacjach o wysokim stopniu scalenia (zagęszczenia) - stwierdzają pracownicy firmy Altera Corporation.
- Osiągnięcie wysokiego stopnia scalenia w układach FPGA (90 nm) wciąż jednak decyduje o ich wyższej cenie w stosunku do technologii ASIC - wyjaśnia David Greenfield. - Jednakże właściwie przemyślana strategia kosztów produkcji i wejścia urządzenia na rynek często faworyzuje układy typu FPGA, nawet w rozwiązaniach o wysokim stopniu scalenia, szczególnie gdy weźmie się pod uwagę czynniki związane z opłatami dotyczącymi rozwoju oraz niepowtarzalności układów ASIC.
W firmie Texas Instruments (TI) skoncentrowano się głównie na rozwoju układów ASIC o strukturze blokowej, żeby obsłużyć niewielką liczbę klientów, potrzebujących bardzo skomplikowanych urządzeń o dużej objętości oraz średniej ilości bramek logicznych w układzie pięciokrotnie większym niż standardowo. Rynek ten tworzą aplikacje sieciowe oraz telekomunikacyjne o wysokim stopniu konkurencyjności i różnorodności.
- Inwestycje rozwojowe są wyższe w przypadku blokowego podejścia do struktury układów ASIC - przyznaje John DiFilippo, projektant układów krzemowych w departamencie infrastruktur komunikacji biznesowej firmy Texas Instruments. - Jednakże w przypadku dużych urządzeń wskaźnik zwrotu inwestycji (ang. ROI - Return on Investment) jest znacznie korzystniejszy z powodu mniejszych rozmiarów układów oraz niższych jednostkowych kosztów produkcji. FPGA są zazwyczaj lepszym rozwiązaniem tam, gdzie cena jednostkowa produktu ma mniejsze znaczenie lub też gdzie kwestią kluczową jest krótki czas wejścia na rynek oraz koszty rozwoju.

 

Układy FPGA - jeden z typów programowalnych urządzeń logicznych (PLD) - dla których przewiduje się potężny wzrost w stosunku do technologii ASIC. Widoczne jest to na tych skromnych rysunkach pochodzących od organizacji Semiconductor Industry Association (www.sia-online.com)
John DiFilippo uważa, że wymagania klientów firmy TI dotyczące relacji pomiędzy ceną a osiągami układów, które, jego zdaniem, mogą być w pełni zaspokojone jedynie w przypadku szerszych rynków aplikacji, wybiegają poza zakres zastosowań układów FPGA oraz układów strukturalnych ASIC. Stwierdza on: - Układy FPGA oraz strukturalne ASIC są odpowiednie dla niewielkich aplikacji o krótkiej żywotności, gdzie klienci skłonni są do pójścia na pewne kompromisy związane z funkcjonalnością i osiągami układów, przy jednoczesnej realizacji powierzonych im zadań. 
Pomimo tego firma TI dostrzega i podkreśla konkurencyjność swojej technologii. W układach ASIC o strukturze blokowej zastosowano nowe funkcje, w celu: osiągnięcia większej elastyczności łączenia matrycowych bloków bramek, skrócenia czasu realizacji zadania oraz podniesienia efektywności kosztów w razie konieczności przekonfigurowania systemu. Firma TI wprowadziła również linie produktów tzw. "plarform ASIC", które mogą być wykorzystane przez klienta w wielu branżach, co w jeszcze większym stopniu redukuje koszty zakupu i realizacji systemu.
Według przedstawicieli firmy Texas Instruments stosowanie układów ASIC o strukturze blokowej zaleca się w jednym lub kilku z poniższych przypadków:
- liczba bramek oraz bitów pamięci większa niż 10 milionów,
- duża liczba połączeń gigabitowych,
- główny zegar taktujący o prędkości większej niż 300 MHz, przy jak najniższym poborze energii zasilania,
- aplikacje wymagające znacznych kosztów w razie wprowadzania zmian.

Realna alternatywa
Firma Xilinx Inc. wzywa do podjęcia w najbliższej dekadzie szerokiej debaty dotyczącej układów FPGA, jako rzeczywistej alternatywy w stosunku do technologii ASIC oraz innych, podobnych standardów. 
- Pomimo niezwykłego postępu, jaki dokonał się w dziedzinie układów FPGA, projektanci wciąż muszą używać większych, bardziej kosztownych urządzeń - DSP, układów RISC (ang. Reduced Instruction Set Komputer - procesory pracujące z ograniczonym zbiorem instrukcji, komend), szybkich łączy szeregowych - aby uzyskać wysokie osiągi w realizacji skomplikowanych funkcji, niezbędnych w określonych aplikacjach - stwierdza Erich Goetting, wiceprezes firmy Xilinx Advanced Products Div.
Obecnie firma Xilinx oferuje nową platformę układów FPGA zoptymalizowaną domenowo (ang. domain-optimized) - Vritex-4, bazującą na opracowanej w firmie architekturze modułowo-blokowej ASMBL, która ma wszelkie zadatki, by sprostać wymaganiom skalowalności i redukcji kosztów, stawianym przez liczne aplikacje. - ASMBL to modułowa struktura podsystemów krzemowych, pozwalająca na rozwój nowych metod zwiększenia szybkości działania, redukcji kosztów wytworzenia układów FPGA; przeznaczonych do różnorakich zastosowań - podkreśla Erich Goetting. - Na przykład dana aplikacja wymaga funkcjonalności, jaką oferują procesory DSP, jednak nie jest w niej konieczna zaawansowana logika. Układy FPGA z architekturą ASMBL pozwalają użytkownikowi na opracowanie swoistego miksu, połączenia logiki, procedur DSP, pamięci i innych funkcji (zgrupowanych w kolumnach) - dla konkretnego zastosowania.
Firma Xilinx wskazuje na ogólne korzyści finansowe układów FPGA z powodu praktycznie zerowej wartości opłaty za opracowanie projektowe układu (ang. NRE - Non-Recurring Engineering), pobieranej zazwyczaj przez sprzedawców. - Gwałtowny rozwój obserwowany w technologii ASIC niejako sam podpowiada, w jakim kierunku rozwijają się układy FPGA - kontynuuje Erich Goetting. - Poza niezaprzeczalnie większymi możliwościami obróbki sygnałów analogowych i cyfrowych układy ASIC nie mogą zaoferować zwiększonej funkcjonalności w innych obszarach, w stosunku do układów FPGA. Dodatkowa redukcja kosztów zastosowania układów FPGA wiąże się z łatwością implementacji oraz wprowadzania zmian w systemie, poprzez załadowanie odpowiedniego oprogramowania.
Przedstawiciele firmy dostrzegają niezaprzeczalne korzyści układów FPGA w dwóch sferach:
- zdolność szybkiego zapoczątkowania procesu tworzenia i modyfikacji aplikacji z wykorzystaniem niezawodnych elementów standardu, w celu np. dodania nowych cech, funkcji;
- zdolność do znajdowania i eliminacji błędów w trakcie tworzenia lub też w okresie funkcjonowania urządzenia.
Układy FPGA, w odróżnieniu od urządzeń ASIC, mają standardowo wbudowane dodatkowe funkcje - np.: narzędzia testujące lub interfejs JTAG - redukujące zarówno czas tworzenia, jak i koszty projektu - wyjaśnia Richard Reed, starszy inżynier firmy GE Fanuc.
Układy FPGA przyspieszają proces wdrożenia urządzenia. - Wykorzystywanie ich w dużych urządzeniach standardowych elementów czyni je rozwiązaniem konkurencyjnym w stosunku do technologii ASIC - stwierdza Richard Reed. - Dłuższa  żywotność produktów przemysłowych oraz rozmiary aplikacji podyktują, czy większe korzyści finansowe przyniesie stworzenie dla danego projektu tzw. hardcopy projektu (możliwe w technologii FPGA; ang. Hard-Copy układu FPGA, oznacza wykonanie układu scalonego o funkcjonalności takiej, jak wgrany do układu FPGA projekt; układ taki jest szybszy i pobiera mniej mocy - od tłumacza.), czy też jego wersji w technologii ASIC.
Pośród zalet układów ASIC Richard Reed wymienia: zdolność do natychmiastowej pracy po załączeniu zasilania, większą liczbę opcji logicznych oraz możliwość działań w logice analogowej. Układy FPGA niestety potrzebują pewnego czasu po załączeniu zasilania na załadowanie konfiguracji do pamięci, nie są więc natychmiast w pełni funkcjonalne.

Frank J. Bartos, Control Engineering

Artykuł pod redakcją Andrzeja Ożadowicza

Całą treść artykułu znajdą Państwo w czasopiśmie Control Engineering lub na stronie www.controlengpolska.com/ 


 

Źródło: Control Engineering
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl