1 / 37

ASIC vs. FPGA: Choosing the Right Embedded Hardware Technology

Dive into the comparison between Application Specific Integrated Circuits (ASICs) and Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), exploring their costs, development processes, and application examples, aiming to assist in selecting the ideal technology for your project.

dexter-dejesus
Télécharger la présentation

ASIC vs. FPGA: Choosing the Right Embedded Hardware Technology

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. ESYCS - Studie 7 „Embedded Hardware“ Ein Überblick über ASIC – Technologie Ulrich Wagner

  2. Inhalt • Kostenproblematik des Chipdesigns • ASIC – Überblick über die Technologie • Entscheidungskriterien • Anwendungsbeispiele

  3. Ziel eines ASIC‘s

  4. Hardware: Entwurfsproblematik

  5. Entwicklung der Investitionskosten

  6. Investitionskosten Chipentwicklung

  7. Technologieentwicklung seit 57 • Ständiger Wechsel zwischen Standardisierung und Spezialisierung im 10 Jahres Takt

  8. Eingebettete Hardware: ASIC • Application Specific Integrated Circuit • Ein vollständig nach Applikation hergestellter Schaltkreis • Hohe Einstiegskosten • Euro 25.000 für 2µm Technologie, multi project wafer • Euro 250.000 für 0.13 µm Technologie • Niedrige Produktionskosten • hunderte von Chips auf einem Wafer für Euro 2000 - 6000

  9. ASIC • Alle Freiheitsgrade der Technologie können zur Optimierung genutzt werden • Beste Implementierung für eine fest vorgegebene Schaltung • Fehlerbehebung und nachträgliche Änderungen oder Optimierungen sind sehr teuer • Der Chip muß so entworfen werden, daß er in allen in Frage kommenden Anwendungen verwendet werden kann. • Einsatzbereich: Standardschaltungen mit hohen Stückzahlen. (Prozessoren, Speicher, FPGAs, ...)

  10. Einteilung der ASIC‘s

  11. Full Custom ASIC • Nur in Anwendungen mit größten Stückzahlen • Entwicklung nur in der Chip-Fab möglich • Gesamtlayout wird als Maske in der Chip-Fab nach Kundenwunsch erstellt • Belichtung und Packaging ebenso

  12. Semi-Custom ASIC: Gate Array • Die Variante mit der größten Verbreitung weltweit • Beim Gate Array werden die meisten Herstellungsschritte kundenunabhängig durchgeführt. • Die Lage der IO-Pads, Transistoren, etc. sind standardisiert, der Kunde kann nur noch die Verdrahtung beeinflussen. • Der Kunde kann alle elektrischen Optimierungen vornehmen, hat jedoch keine detaillierte Kontrolle über das Layout.

  13. Gate Array • Änderungen sind etwas weniger kosten- und zeitintensiv. • Gate Arrays verlieren zur Zeit deutlich Marktanteile an ASICs und FPGAs • Dadurch bleiben auch bei modernsten Technologien die Einstiegskosten in der Entwicklung unter Euro 100.000 • Die Produktionskosten sind mit denen von Full-Custum ASICs vergleichbar.

  14. FPGAs • Field Programmable Gate Arrays • Bei FPGAs wird der Chip so gefertigt, daß die Schaltung vom Kunden selbst bestimmt werden kann. Und zwar entweder: • einmalig (Antifuse: Quicklogic) • mehrmals (Flash: Actel) • dynamisch, im System (SRAM: Actel, Altera, Atmel, DynaChip, Lucent, Xilinx)

  15. Wie groß sind FPGAs? • Zur Zeit: • 8.000 Gatter + 3KByte RAM für $ 8 • 100.000 Gatter + 8KByte RAM für $ 26 • 300.000 Gatter + 36KByte RAM für $ 120 • 3.000.000 Gatter + 104KByte RAM für $2.000 • Nächstes Jahr 40.000.000 Gatter

  16. Wie schnell ist so ein FPGA? • Anwendungsbeispiele für Virtex-E FPGAs • 32 Bit Prozessoren: • 20-50 MHz synthetisiert, single cycle • 125 MHz synthetisiert, pipeline • 266 MHz DDR SRAM Controller • 622 Mbps serieller Link

  17. Welche ASIC Familie ist die beste für mich? • Technologische Überlegung zur Applikation: Was brauche ich mindestens um meiner Applikation gerecht zu werden? • Kaufmännische Überlegung: Stückzahl vs. Kosten • Ansonsten gilt in der Regel: Für ein neues Projekt immer die neueste ASIC/FPGA Familie verwenden, da diese immer am günstigsten sind

  18. Technologische Zielfunktion beim Entwurf digitaler Schaltungen

  19. ASICs: Die wichtigsten Kriterien

  20. Geschwindigkeit Semi-Custom ASIC FPGA Full-Custom ASIC Controller Prozessoren Komplexität Positionierung der verschiedenen ASIC Gruppen

  21. Flächen/Leistungseffizienz

  22. Überlegungen zu Kosten vs. Stückzahl 25000 1845

  23. ASIC Entwicklungzeiten

  24. FPGA Weltmarkt 2003

  25. Umsatzentwicklung FPGA und Prognose

  26. Stagnation bei Rapid Prototyping

  27. Anwendungsbeispiel: Semi-Custom ASIC

  28. Anwendungsbeispiel:ohne FPGA

  29. Anwendungsbeispiel:mit FPGA

  30. Vielen Dank für IhreAufmerksamkeit!

  31. Anwendungsbeispiel: MediaCup (Teco Karlsruhe)

  32. Wie funktioniert die Tasse? • Der Boden der MediaCup enthält die Elektronik in einem abnehmbaren Gummiüberzieher. • Die Elektronik wird kabellos mit Energie versorgt; • Sensoren erkennen Temperatur und Bewegungszustand der Tasse. • Diese Informationen wird von der Tasse in den Raum gesendet.

  33. FPGAs: Antifuse • Chip wird durch das gezielte Brennen von Schmelzbrücken konfiguriert und kann danach nicht mehr verändert werden. • Fast keine Einstiegskosten, dafür höhere Produktionskosten als beim ASIC • Fehlerbehebung und Updates sind für neu ausgelieferte Platinen problemlos möglich. Bereits produzierte Chips können jedoch nicht mehr verändert werden. • Einsatzbereich: ASIC Ersatz für kleinere Stückzahlen

  34. FPGAs: Flash • Flash oder EPROM basierte FPGAs lassen sich einige tausend mal neu konfigurieren, behalten aber ihre Konfiguration auch ohne Stromversorgung • Mit geringem zusätzlichem Schaltungsaufwand lassen sich Updates beim Kunden ausführen • Die einzige existierende FPGA Familie mit dieser Technologie ist leider recht teuer (Actel proASIC) • Das ändern der Konfiguration ist relativ langsam (mehrere Sekunden)

  35. FPGAs: SRAM • Zur Zeit dominierende Technologie. • unpraktischer als FLASH, aber deutlich billiger • Beim einschalten des Systems wird die Konfiguration aus einem externen Speicher in den FPGA geladen. • Es werden zusätzliche externe Komponenten benötigt. • Der Chip kann beliebig oft und sehr schnell umkonfiguriert werden. • Bei einigen FPGA-Familien auch teilweise und während des Betriebs.

  36. FPGAs: SRAM • SRAM basierte FPGAs haben dadurch neben dem Update beim Kunde noch weiter Möglichkeiten: • Anpassen der Schaltung auf eine Probleminstanz(z.B. eine Schaltung, die nach einem speziellen DNA-Muster sucht) • Die Verwendung mehrerer Schaltungen nacheinander in der selben Hardware. • Buzzword: Reconfigurable Computing • Laden der neuesten Konfiguration über ein Netzwerk. (wie z.B. bei Handies) • Buzzword: Internet Reconfigurable Logic

  37. SH3 7729-DSP Grundlagen: Embedded System Embedded System anwendungsspezifische Software anwendungsspezifische Hardware Umwelt z.B.: Waschmaschine Mikrocontroller-Kern FPGA ASIC Kommunikations- schnittstelle z.B.: Display z.B.: Auto

More Related