Comprendre les principales différences entre ASIC et FPGA

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Introduction

Comme vit dans le pays de circuit intégré Avec l'évolution des technologies, il devient essentiel de comprendre la distinction entre ASIC et FPGA (Application Specific Integrated Circuit et Field Programmable Gate Array) pour prendre les bonnes décisions de conception. Chaque technologie présente des avantages et des contraintes uniques en termes de performances, de coûts et de flexibilité qui déterminent leur application dans tous les secteurs. Dans cet article, nous explorons les principales caractéristiques, avantages et cas d'utilisation qui permettraient de tirer le meilleur parti des ASIC et des FPGA. FPGA dans votre prochain projet.

Que sont les ASIC ?

Ils sont spécialisés semi-conducteur dispositifs utilisés pour des tâches spécifiques. Au lieu d'effectuer une seule tâche, ils assument plusieurs fonctions. Contrairement aux processeurs à usage général habituels tels que les CPU ou GPULes ASIC offrent de meilleures performances. Ils consomment moins d'énergie et fonctionnent plus rapidement. Cela les rend parfaits pour volume élevé des produits comme les smartphones ou routeursL'efficacité des appareils et les besoins en espace sont considérablement réduits grâce à l'utilisation d'ASIC.

Circuit intégré spécifique à l'application
Circuit intégré spécifique à l'application

Voici les types d'ASIC :

  • Personnalisé complet – Ces appareils sont entièrement conçus à partir de zéro. Vous contrôlez chaque détail, ce qui vous permet d'obtenir les meilleures performances et une efficacité énergétique optimale. Idéal pour les tâches optimisées avec précision.
  • Semi-personnalisé – Utilise des blocs ou des cœurs IP préconçus. Ces blocs sont personnalisables. Ils permettent de gagner du temps et de l'argent par rapport aux conceptions entièrement personnalisées. Mais ils ne sont pas aussi puissants que les autres.
  • Réseau de portes – Ils ont le niveau de personnalisation le plus bas. Ils commencent avec des couches de silicium standard et vous ne modifiez que leurs connexions. Ils sont faciles à produire mais limitent leur fonctionnalité. Vous pouvez trouver des applications plus simples.
  • Cellule standard – Offre plus de personnalisation que les matrices de portes. Elles sont construites à partir de blocs de bibliothèque prédéfinis, que vous pouvez adapter. Vous pouvez personnaliser les calques de masque pour créer les fonctions dont vous avez besoin.

Que sont les FPGA ?

Ce sont des dispositifs semi-conducteurs que vous pouvez reprogrammer à votre guise. Les FPGA sont différents des ASIC, où les ASIC sont configurés pour effectuer une tâche, alors que les FPGA peuvent changer ce qu'ils font selon les besoins. Le plus impressionnant dans tout cela est que vous pouvez tester et adapter rapidement les conceptions. Les FPGA ont des blocs de circuits personnalisés que vous pouvez concevoir. Pour une logique simple, des systèmes ou des systèmes de traitement complexes, vous pouvez concevoir ce que vous voulez. Certains sont programmables et ces blocs se connectent via des routes pour former de grands circuits.

Réseau de portes programmables sur site
Réseau de portes programmables sur site

Voici les types de FPGA :

  • Symétrique – Il y a des rangées et des colonnes de blocs logiques. Chaque bloc se connecte aux autres pour une utilisation flexible. Des blocs d'entrée/sortie entourent ces rangées, ajoutant des fonctionnalités. disposition est idéal pour les designs simples et équilibrés.
  • Basé sur les lignes – Il s'agit de rangées alternées de blocs logiques et d'interconnexions. Les blocs d'entrée/sortie bordent les bords du FPGA. Cette structure est efficace pour les circuits simples et organisés. Vous obtenez une disposition fiable pour les circuits de base numérique fonctions.
  • PLD hiérarchiques – Ayez une disposition en couches avec des blocs logiques et des interconnexions. Chaque bloc contient des éléments fonctionnels, ce qui permet des conceptions complexes. Cette disposition fonctionne bien pour les projets avec des fonctions simples et avancées.
  • Basé sur SRAM – La RAM statique est utilisée pour conserver les configurations de ces derniers. Chaque fois qu'ils sont éteints, ils perdent des données et nécessitent une reconfiguration. Mais ils nécessitent une mémoire externe et sont idéaux pour les projets reprogrammables.
  • Basé sur Flash – Utilise une mémoire flash non volatile pour stocker les paramètres. Ils conservent leurs configurations sans alimentation, ce qui élimine le besoin de mémoire externe. Cependant, vous ne pouvez les reprogrammer qu'un nombre limité de fois.
  • À base d'antifusible – Ce sont des FPGA qui sont programmé une seule fois. Ils conservent leur configuration même lorsqu'ils sont hors tension. Cela les rend parfaits pour les applications stables et immuables.

Avantages et inconvénients des ASIC par rapport aux FPGA

ASIC contre FPGA
ASIC contre FPGA

ASIC (Circuit intégré spécifique à une application)

Procédé de design

Voici les principales étapes du processus de conception d'un ASIC. L'étape de spécification commence par la définition des exigences du système. Elle couvre les fonctionnalités, les performances et la limite de puissance attendues. Vient ensuite l'étape de conception qui traduit ces exigences en une configuration fonctionnelle. Elle est également optimisée en termes de surface, de puissance et de performances. Ensuite, il y a une étape de vérification qui vérifie si la conception fonctionne comme prévu. Enfin, nous effectuons des tests pour nous assurer que notre puce finale répond à toutes nos exigences. Une chose importante à faire, tout au long du processus, est d'évaluer s'il vaut la peine d'investir dans la construction d'un ASIC. Une étude de faisabilité est utilisée pour confirmer que la conception est possible et rentable.

Avantages

  • Performance plus rapide

Pour une tâche spécifique, les ASIC sont conçus pour augmenter les performances. Ils sont beaucoup plus rapides que les processeurs ordinaires comme les CPU. Et ils obtiennent une vitesse et une efficacité maximales grâce à des conceptions sur mesure. Cela les rend parfaits pour les applications à forte demande.

  • Efficacité énergétique

Ils sont personnalisés, ils consomment donc moins d'énergie. Ils éliminent les composants inutiles, économisant ainsi de l'énergie. C'est important dans batterie appareils à haute puissance tels que les smartphones. Vous consommez moins d'énergie, mais obtenez plus de performances.

  • Conception compacte

Les processeurs généraux étant plus grands, les ASIC peuvent être plus petits. L'avantage de cette solution est qu'elle est petite et s'intègre parfaitement dans les espaces restreints. petits PCB. Dans des tailles plus petites, cela signifie moins de chaleur et un meilleur refroidissement. Parfait pour une utilisation en déplacement ou intégré dans des systèmes sur puces.

  • Sécurité de la conception

Les puces standard n'offrent pas une protection aussi efficace à vos conceptions que les ASIC personnalisés. Elles empêchent l'ingénierie inverse en construisant elles-mêmes des éléments spécifiques dans le matériel. Cela permet de préserver la sécurité de votre propriété intellectuelle.

  • Abordable pour la production à grande échelle

Au départ, les ASIC peuvent être chers, mais ils deviennent de moins en moins chers au fil du temps. Plus on se rapproche du seuil de rentabilité, moins chaque unité coûte cher. Ils sont également économiques pour la production en grande série.

  • Plusieurs fonctionnalités dans un seul appareil

Les ASIC regroupent un certain nombre de fonctions au sein d'une seule puce. Cela simplifie la conception et réduit le nombre de pièces supplémentaires nécessaires. Cela réduit les coûts, simplifie le système et offre une plus grande fiabilité du système.

Avantages ASIC
Avantages ASIC

Désavantages

  • Coûts initiaux élevés

La fabrication d'ASIC est très coûteuse au départ. Elle nécessite des outils coûteux, une aide technique et la mise en place de la fabrication. Ce coût peut être trop élevé pour les petites entreprises. Pour les projets à petit budget, ce n'est pas idéal.

  • Long processus de développement

La conception d'un ASIC prend beaucoup de temps. Sa conception peut prendre des mois, voire des années. Un tel retard n'est pas forcément une bonne chose pour les industries qui exigent des sorties de produits rapides.

  • Flexibilité limitée

Une fois que vous avez créé un ASIC, vous ne pouvez plus le modifier. Vous aurez besoin d'une nouvelle conception si vos besoins évoluent par la suite. Les ASIC sont moins adaptables aux exigences en constante évolution. Ce n'est pas une solution flexible, c'est une solution fixe.

  • Risque de devenir obsolète

Si la technologie évolue si rapidement, les ASIC peuvent rapidement devenir obsolètes. Parfois, vous investissez dans une conception qui devient ensuite sans intérêt. Cela peut être très risqué, car dans le pire des cas, ce dans quoi vous investissez perd de la valeur avant même d'arriver sur le marché.

  • Conception compliquée

Il faut une grande expertise. C'est difficile et cela demande des connaissances spécialisées. Mais si vos développeurs ne possèdent pas cette compétence, il peut être difficile de créer une solution personnalisée. Pour beaucoup, le processus de conception peut être un obstacle.

  • Défis de fabrication et fiabilité

La fabrication d'ASIC est un processus délicat et précis. Les défauts ou les mauvaises performances sont le résultat de problèmes de fabrication. Le coût et les risques du projet sont accrus par ces problèmes. Des problèmes de fiabilité peuvent survenir lors de la production.

Inconvénients des ASIC
Inconvénients des ASIC

FPGA (réseau prédiffusé programmable sur site)

Procédé de design

Le processus de conception du FPGA est flexible et vous permet de tester et d'ajuster au fur et à mesure. Vous définissez d'abord les exigences du système, telles que les limites de performances et de puissance. Ensuite, vous concevez numériquement ce circuit en Code HDL or schématique outils. Le code est traduit en liste de connexions au niveau de la porte correspondant aux ressources d'un FPGA. Ensuite, place and route attribue les éléments logiques et optimise la connexion. Simulez la conception pour voir si elle fonctionne comme prévu. Le flux binaire est chargé sur le FPGA. Vous disposez désormais d'une flexibilité et de mises à jour faciles car vous pouvez le reprogrammer ultérieurement.

Avantages

  • Options de conception flexibles

La large gamme de fonctionnalités dont vous disposez lors de l'utilisation d'un FPGA vous permet de les modifier après la production. Ils peuvent être reprogrammés pour d'autres fonctions. Ils sont utiles pour prototypage car ils sont disponibles dans de nombreuses tailles. Il est également facile de mettre à jour le design quand vous le souhaitez.

  • Lancement de produit plus rapide

Cela accélère également la conception. Ils ne dépendent pas de nombreuses étapes de fabrication. Cela vous aide à mettre vos produits sur le marché plus rapidement. Cela signifie que vous pouvez les commercialiser plus rapidement et garder une longueur d'avance sur vos concurrents.

  • Coûts de développement initiaux réduits

Ils ont été conçus pour être moins chers que les ASIC. Ils ont une conception à faible coût et Coût de fabrication du PCB. Ils constituent donc une excellente solution pour les petits budgets.

  • Mises à niveau faciles sur le terrain

Il est reprogrammable après l'installation. Vous pouvez les mettre à jour sans avoir à remplacer le matériel. Cela permet d'économiser sur les coûts de maintenance. Mais votre système reste à jour plus longtemps.

  • Capacité à traiter plusieurs tâches à la fois

Ils peuvent travailler avec de nombreuses tâches simultanées. Ils sont rapides grâce à leur traitement parallèle. Pour les tâches complexes comme les traitements de signaux et d'images, ils sont absolument merveilleux.

  • Facile à adapter aux nouvelles technologies

Ils sont flexibles et s'adaptent aux nouvelles technologies. Ils peuvent être programmés selon de nouvelles normes. Ils sont donc à l'épreuve du temps. Vous n'aurez pas à remplacer vos appareils lorsque de nouvelles technologies seront disponibles.

  • Risque réduit de devenir obsolète

Tout cela ne devient pas obsolète rapidement. Vous pouvez y ajouter de nouvelles fonctionnalités. Cela vous permet donc de garder votre technologie à jour plus longtemps. Vous n'avez pas à vous soucier de l'obsolescence aussi rapide.

Avantages du FPGA
Avantages du FPGA

Désavantages

  • Baisse des performances

Ils sont plus lents que les ASIC. Ils ne se concentrent pas sur une seule tâche. applications à grande vitesse, ils sont moins efficaces. Les tâches exigeantes peuvent être moins performantes.

  • Consommation d'énergie plus importante

Les circuits intégrés consomment plus d'énergie que les circuits intégrés à circuits intégrés. Ils sont moins économes en énergie en raison de leurs fonctions programmables. Pour les appareils alimentés par batterie, cela peut poser problème. Les FPGA nécessitent plus d'énergie que prévu.

  • Taille plus grande

Ils sont plus gros que les ASIC. Cependant, ils nécessitent un espace supplémentaire pour leurs composants programmables. C'est un problème pour les espaces compacts. Les FPGA peuvent ne pas s'adapter aux appareils plus petits.

  • Coût unitaire plus élevé

Le coût unitaire était plus élevé que celui des ASIC. C'est dû aux ressources supplémentaires nécessaires à la programmabilité. Les ASIC sont moins chers pour la production en grande série. Pour les gros lots, les FPGA peuvent être coûteux.

  • Conception complexe

Sa conception est compliquée. Vous aurez besoin d'équipements spéciaux compétences en programmation, et des outils de programmation spéciaux. C'est extrêmement difficile si vous n'avez pas d'expérience. La conception des FPGA nécessite du temps et des connaissances.

  • Ressources limitées

Ils n'ont qu'un nombre limité de blocs logiques et des connexions de bus. Mais cela peut limiter la taille et la complexité de votre conception. Vous devez en utiliser plusieurs ou plus.

Inconvénients du FPGA
Inconvénients du FPGA

Comparaison ASIC vs FPGA

Caractéristiques ASIC

Caractéristiques du FPGA

Performance
Ils accomplissent bien des tâches spécifiques et les accomplissent mieux que le matériel à usage général. Les domaines d'application dans lesquels ils excellent sont la rapidité et l'efficacité. Cependant, les FPGA ont tendance à être polyvalents, mais lents, par rapport à un ASIC. Mais les FPGA sont réutilisables. Vous pouvez les reprogrammer pour d'autres projets ou tâches.
Consommation d'énergie
Les ASIC sont puissants et consomment moins d'énergie. Leur personnalisation vous aide à économiser de l'énergie. Les FPGA ont tendance à consommer plus d'énergie. Cependant, ils sont moins économes en énergie car ils sont de nature reconfigurable.
Prix
Moins cher à l'unité en grandes quantités. En revanche, ils ont des coûts initiaux élevés de conception et de développement. Ils ont un coût d’investissement plus élevé par unité et un coût initial de conception et de développement plus faible.
Flexibilité de conception
Une fois qu'un ASIC est conçu, il ne peut plus être modifié. Une mise à jour nécessite une nouvelle conception et une nouvelle production. Les FPGA sont très durables car ils peuvent être reprogrammés. Après la fabrication, il est toujours possible de modifier les choses.
Délai de mise sur le marché
Cela prend plus de temps avant de mettre ses produits sur le marché. Le processus de conception, de test et de production est long. Les FPGA sont plus rapides à commercialiser. Des changements rapides peuvent être apportés par reprogrammation.
Applications
Par conséquent, les ASIC sont plus performants pour les applications fixes à grande échelle. Lorsque vous avez besoin de performances constantes, ils sont parfaits. Ils se prêtent bien au prototypage, aux petites séries et aux projets aux besoins changeants.
Intégration SoC
Les ASIC peuvent être utilisés sous forme de systèmes sur puce (SoC) pour des tâches spécifiques. Les systèmes hautes performances ont tendance à les utiliser. Pour plus de flexibilité, un FPGA peut également faire partie d'un SoC. Cela permet une conception plus flexible du système.
Fiabilité et longévité
Les ASIC sont intéressants car ils sont fiables et durent plus longtemps. Les facteurs externes tels que la chaleur ou les radiations les affectent moins. Dans des conditions difficiles telles que des températures élevées, la durée de vie des FPGA peut être plus courte.
Outils de développement
La spécialisation avec les ASIC nécessite des outils coûteux et complexes pour fonctionner. Bien que les FPGA soient pris en charge par de nombreux fournisseurs, ils disposent d'outils faciles à utiliser. Les outils ASIC sont plus conviviaux qu'eux.
Protection IP
La protection de la propriété intellectuelle offerte par les ASIC est très forte. Il est également beaucoup plus difficile de copier ou de rétroconcevoir leur conception. Vol d'IP est plus simple pour les FPGA. Les conceptions doivent être protégées par des mesures de sécurité appropriées.
Investissement initial
La conception et la fabrication d'ASIC représentent un coût initial important. Leur fabrication coûte très cher. Les FPGAS nécessitent moins d'investissement initial. Le FPGA et les outils de développement sont les seules choses pour lesquelles vous payez.

Facteurs à prendre en compte avant de choisir entre ASIC et FPGA

Volume

Pensez à votre volume de production. Si vous fabriquez beaucoup d'unités, les ASIC sont généralement moins chers. Pour les grandes séries, ils constituent un bon achat, car les coûts par puce sont bien inférieurs. Les FPGA sont destinés aux petits projets qui nécessitent une solution flexible. C'est donc l'un des facteurs décisifs à prendre en compte lors de la sélection.

Personnalisation et intégration

Avec les ASIC, vous bénéficiez d'un meilleur contrôle de la conception. Cela signifie qu'ils peuvent être personnalisés exactement selon vos besoins. Pour les applications qui nécessitent exactement la bonne puce, optez pour les ASIC. Cependant, bien que les FPGA soient flexibles, ils ne sont pas aussi personnalisables.

Efficacité

Les ASIC étant plus efficaces, la tendance est en leur faveur. Ils sont conçus à cet effet. Ces FPGA sont plus flexibles mais moins efficaces. Mais ce n'est que si vous avez besoin de performances de pointe que les ASIC sont meilleurs.

Budget et délai de mise sur le marché

Les ASIC sont moins chers mais disponibles en grandes quantités. Ils nécessitent toutefois plus d'argent et de temps au départ. Mais au début, les FPGA sont plus rapides et moins chers à développer. Si votre budget ou votre délai est serré, les FPGA peuvent être une meilleure option.

ASIC contre FPGA
ASIC contre FPGA

Quand utiliser ASIC

Si vous avez besoin de faire des économies sur le long terme, un ASIC est un bon choix. Bien qu'ayant un coût initial plus élevé, ils ont tendance à être plus économiques pour les grandes séries. Si vous prévoyez de fabriquer un grand nombre d'unités, les ASIC seront l'investissement le plus rentable. De plus, les ASIC sont plus efficaces et plus performants pour répondre à une tâche spécifique. L'espace gaspillé disparaît, la puissance gaspillée disparaît, les fonctionnalités gaspillées disparaissent et vous gagnez en puissance avec une puce beaucoup plus adaptée et efficace.

ASIC
ASIC

Quand utiliser le FPGA

Les ASIC présentent de nombreux avantages, mais il existe aussi un moment pour un FPGA. Les FPGA sont parfaits si vous devez les reprogrammer à nouveau. Ils fonctionnent également bien pour construire des prototypes avant de lancer la production en série. Les FPGA peuvent être un moyen plus rapide d'accéder au marché en termes de délais de commercialisation.

FPGA
FPGA

Questions fréquemment posées sur ASIC vs FPGA

  • Pourquoi le FPGA n’est-il pas populaire ?

La raison pour laquelle les FPGA ne sont pas si populaires est qu'ils coûtent plus cher. Mais ils sont chers car ils nécessitent plus de silicium et de portes logiques. Ils consomment également plus d'énergie. Les coûts de production restent donc élevés et Les FPGA ne sont pas autant utilisés que les microcontrôleurs. De plus, il faut également un programmeur qualifié, ce qui rend le coût encore plus élevé.

  • Un ASIC est-il un CPU ?

Non, un ASIC n'est pas un processeur. Un ASIC est conçu pour une tâche spécifique. Un processeur peut faire plusieurs choses à la fois. Les processeurs sont plus puissants pour leurs tâches, tandis que les ASIC sont plus rapides pour une tâche particulière. Les processeurs sont à usage général et les ASIC sont fabriqués sur mesure pour une application spécifique.

  • Quelle est la différence entre ASIC et FPGA Flow ?

En fait, c'est très simple. Un ASIC est fabriqué pour effectuer une tâche. FPGA signifie « puce flexible que vous pouvez reprogrammer ». Un ASIC est un matériel conçu sur mesure, tandis qu'un FPGA est un matériel polyvalent.

Pour aller plus loin

Cette PCBTok Le blog compare les technologies ASIC et FPGA et leurs caractéristiques uniques, leurs avantages et leurs inconvénients. L'examen de facteurs tels que les performances, la consommation d'énergie, le coût et la flexibilité de conception vous aidera à déterminer quelle option conviendra le mieux à votre prochain projet en fonction de vos besoins et objectifs spécifiques.

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