FPGA vs. ASIC: Definitionen und Unterschiede

FPGA und ASIC sind die beiden Haupttypen der wichtigsten Chiptechnologien, die in integrierten Schaltkreisen verwendet werden. Sie werden jedoch für unterschiedliche Zwecke verwendet, da sie in vielen Aspekten unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Wenn Sie die Unterschiede zwischen ihnen nicht verstehen oder sie an der falschen Stelle verwenden, können Sie Verluste erleiden.

Auf dieser Seite werden wir vorstellen, was FPGA und ASIC sind, und die Unterschiede der Eigenschaften und Anwendungen zwischen ihnen, Sie können das Problem herausfinden und erfahren, wie Sie durch diesen Beitrag das bessere für Ihr Unternehmen auswählen können. Lesen wir weiter!

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Inhalt

● Was ist ASIC?

● Was ist FPGA?

● Was sind die Unterschiede zwischen FPGA und ASIC?

● FAQ

● Zusammenfassung

Was ist ASIC?

ASIC steht für Application-Specific Integrated Circuit. Darüber hinaus handelt es sich, wie der Name schon sagt, um einen Chip, der seinen Zweck erfüllt und keine Umprogrammierung oder Modifikation zulässt. Was wiederum bedeutet, dass er nach Abschluss der Programmierung keine weitere Funktion ausführen oder eine andere Anwendung ausführen kann.

Da der ASIC-Design ist für eine bestimmte Funktion bestimmt, wie der Chip seine Programmierung erhält. Der Programmierprozess selbst besteht darin, den resultierenden Schaltkreis dauerhaft in das Silizium einzuzeichnen.

In Bezug auf Anwendungen wird die ASIC-Chip-Technologie in elektronischen Geräten wie Laptops, Smartphones und Fernsehern verwendet, um Ihnen eine Vorstellung von deren Einsatzmöglichkeiten zu geben.

Was ist FPGA?

Field Programmable Gate Array oder FPGA steht in direkter Konkurrenz zur ASIC-Chiptechnologie. Außerdem ist FPGA im Wesentlichen ein Chip, der programmiert und umprogrammiert werden kann, um zu jedem Zeitpunkt zahlreiche Funktionen auszuführen.

Darüber hinaus besteht ein einzelner Chip aus Tausenden von Einheiten, die als Logikblöcke bezeichnet werden und mit programmierbaren Verbindungen verbunden sind. Der FPGA-Schaltung wird durch die Verbindung mehrerer konfigurierbarer Blöcke hergestellt und hat eine starre interne Struktur. Zusammenfassend ist ein FPGA im Wesentlichen eine programmierbare Version eines ASICs.

Insgesamt bietet das FPGA eine allgemeine Funktionalität, die eine Programmierung nach Ihren Spezifikationen ermöglicht. Wie bei den meisten Dingen im Leben gibt es jedoch Nebenwirkungen der Vielseitigkeit von FPGA. In diesem Fall sind dies erhöhte Kosten, erhöhte interne Verzögerung und begrenzte analoge Funktionalität.

Die Einführung in das FPGA

Was sind die Unterschiede zwischen FPGA und ASIC?

In den nächsten Abschnitten werde ich einen direkten Vergleich von FPGA und ASIC in Bezug auf Anwendung, kommerzielle Realisierbarkeit und technologische Aspekte bieten. Insbesondere sind dies NRE, Design Flow, Leistung und Effizienz, Kosten, Stromverbrauch, Größe, Time-to-Market, Konfiguration, Eintrittsbarrieren, Stückkosten, Betriebsfrequenz, analoge Designs, Anwendungen. Denken Sie daran, dass sich beide Technologien in verschiedenen Anwendungen und Kriterien auszeichnen, und es hängt normalerweise davon ab, welche Ihren individuellen Anforderungen in Bezug auf die Auswahl entspricht.

NRE

NRE steht für Einmalige Engineeringkosten. Wie Sie sich vorstellen können, ist bei den Wörtern wiederkehrende und Kosten im selben Satz jedes Unternehmen besorgt, wenn es diese beiden Wörter hört. Es kann also mit Sicherheit gesagt werden, dass dies ein wesentlicher Entscheidungsfaktor ist. Außerdem ist dieser bei ASIC außergewöhnlich hoch, während er bei FPGA fast nicht vorhanden ist.

Im Großen und Ganzen werden die Gesamtkosten jedoch immer geringer, je bedeutender die benötigte Menge in Bezug auf ASIC ist. Darüber hinaus kann FPGA Sie insgesamt mehr kosten, da die Einzelkosten pro Einheit höher sind als bei ASIC.

Design-Flow

Jeder Ingenieur und PCB-Designer bevorzugt einen störungsfreien und einfacheren Designprozess. Nur weil das, was Sie tun, komplex ist, heißt das nicht, dass der Prozess selbst kompliziert sein soll. Daher ist FPGA im Hinblick auf die Einfachheit des Designflusses zweifellos weniger kompliziert als ASIC.

Dies ist aufgrund der Flexibilität und Vielseitigkeit von FPGAs, kürzere Time-to-Market und die Tatsache, dass es umprogrammierbar ist. Bei ASIC hingegen ist es in Bezug auf den Designfluss stärker involviert, da es nicht umprogrammierbar ist und kostspielige dedizierte EDA-Tools für den Designprozess erfordert.

Leistung und Effizienz

In Bezug auf die Leistung übertrifft ASIC FPGA geringfügig, hauptsächlich aufgrund des geringeren Stromverbrauchs und der verschiedenen möglichen Funktionalitäten, die Sie auf einem einzigen Chip schichten können. Außerdem hat FPGA eine starrere interne Struktur, während Sie es mit einem ASIC so entwerfen können, dass es sich durch Stromverbrauch oder Geschwindigkeit auszeichnet.

Kosten

Trotz der gestiegenen NRE-Kosten gelten ASIC alles in allem als kostengünstiger im Vergleich zu FPGA, die nur rentabel sind, wenn sie in kleineren Mengen entwickelt werden.

Energieverbrauch

Wie ich bereits erwähnt habe, benötigen ASICs weniger Strom und bieten daher eine bessere Option als die höherer Stromverbrauch FPGA. Vor allem bei elektronischen Geräten, die batteriebetrieben sind.

Größe

Was die Größe angeht, ist es eine Frage der Physik. Bei einem ASIC ist sein Design für eine Funktionalität ausgelegt; es besteht daher aus genau der Anzahl von Gates, die für die gewünschte Anwendung benötigt werden. Mit der Multifunktionalität von FPGA wird eine einzelne Einheit jedoch aufgrund ihrer internen Struktur und einer bestimmten Größe, die Sie nicht ändern können, erheblich größer sein.

Time to Market

Wie bereits erwähnt, bietet FPGA aufgrund seiner Einfachheit in Bezug auf den Designfluss eine schnellere Markteinführungszeit als ASIC. Darüber hinaus erfordert ASIC auch Layouts, Back-End-Prozesse und erweiterte Verifizierung, die alle zeitaufwändig sind.

Konfiguration

 

Insgesamt ist der offensichtlichste Unterschied zwischen FPGA und ASIC die Programmierbarkeit. Daher ist hier die logische Schlussfolgerung, dass FPGA mehr Optionen in Bezug auf Flexibilität bietet. FPGA ist nicht nur flexibel, sondern bietet auch „Hot-Swap“-Funktionalität, die Modifikationen sogar während des Gebrauchs ermöglicht.

Eintrittsbarrieren

 

Eintrittsbarrieren beziehen sich im Wesentlichen auf die Schwierigkeit beim Erwerb dieser Technologien und die damit verbundenen Vorabkosten. In Bezug auf ASIC ist dies aufgrund von NRE und Komplexität des Designs sowie des Betriebs außergewöhnlich hoch. Berichten zufolge kann die Entwicklung von ASICs in die Millionen gehen, während Sie mit der Entwicklung von FPGAs mit weniger als ein paar Riesen (< 5000 US-Dollar) beginnen können.

Kosten pro Einheit

 

Obwohl ASIC eine höhere NRE hat, sind die Kosten pro Einheit geringer als die von FPGA, was sie ideal für Designprojekte in der Massenproduktion macht.

Arbeitsfrequenz

 

In Bezug auf Designspezifikationen hat FPGA begrenzte Betriebsfrequenzen. Dies ist einer dieser Nebeneffekte seiner Flexibilität (umprogrammierbar). Da ASIC jedoch stärker auf die Funktionalität ausgerichtet ist, kann es bei höheren Frequenzen arbeiten.

Analoge Designs

Wenn Ihre Designs analog sind, können Sie FPGA nicht verwenden. Im Fall von ASIC können Sie jedoch analoge Hardware wie HF-Blöcke (Bluetooth und WiFi), Analog-Digital-Wandler und mehr verwenden, um Ihre analogen Designs zu vereinfachen.

 

Bewerbungen

 

Zunächst einmal ist es eine Tatsache, dass Flexibilität die Stärke von FPGA ist, was es ideal für Geräte und Anwendungen macht, die häufige Änderungen erfordern, wie z. B. das Design DC/DC-Regler als Überspannungsschutz verwendet. ASIC ist jedoch am besten für dauerhaftere Anwendungen geeignet, die keine Modifikation erfordern. Wenn Sie ein Projekt vom Typ Massenproduktion entwerfen, ist der ASIC insgesamt der kostengünstigere Weg, vorausgesetzt, Ihre Geräte müssen nicht konfiguriert oder neu konfiguriert werden.

Häufig gestellte Fragen

1. F: Ist FPGA tot?

A: FPGA ist definitiv keine Sackgasse. Aufgrund ihrer Rekonfigurierbarkeit werden sie, solange es ASIC gibt, niemals veraltet sein.

2. F: Ist es schwierig, auf FPGA zu programmieren?

A: FPGA-Anbieter rühmen sich damit, dass ihre Produkte ideale Alternativen zu DSP, CPU und GPU sind – selbst wenn sie alle in einem Gerät untergebracht sind – aber es ist allgemein bekannt, dass sie für Softwareentwickler schwierig zu programmieren sind, weil sie sich von herkömmlichen Prozessoren unterscheiden.

3. F: Was ist FPGA und warum wird es so genannt?

A: Das sogenannte feldprogrammierbare Gate-Array (FPGA) ist, weil seine Struktur der veralteten „Gate-Array“-Form der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) sehr ähnlich ist.

4. F: Was kann FPGA?

A: FPGA ist besonders nützlich für das Prototyping von anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASIC) oder Prozessoren. Das FPGA kann neu programmiert werden, bis das ASIC- oder Prozessordesign abgeschlossen ist und keine Fehler mehr vorhanden sind und die eigentliche Herstellung des endgültigen ASIC beginnt. Intel verwendet FPGA, um den neuen Chip zu prototypisieren.

Zusammenfassung

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