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FPGA芯片取代ASIC主要因素在于功耗

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:2570次  |  2018年06月10日  

  FPGA,中文意為現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列,是在其他幾種可編程器件,如PAL、GAL、CPLD的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,作為ASIC(專用集成電路)領(lǐng)域中的一種半定制電路,它既解決了定制電路的不足,又克服了原有可編程門器件電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。雖然相比較ASIC有更優(yōu)秀的理由,但它并不能取代ASIC,主要原因在于功耗,比如,用在智能手機(jī)上,采用FPGA的芯片使鋰電池的續(xù)航能力更弱。

  如欲更直觀地了解FPGA可以舉出一個(gè)案例。

  在個(gè)人電腦領(lǐng)域,英美研究人員在2010年12月開發(fā)出一款中央處理器,將1000個(gè)內(nèi)核有效集成于一個(gè)FPGA芯片上,這使得微晶片像含有數(shù)百萬個(gè)晶體管一樣,而晶體管是任何電路的基本組成部分。FPGA實(shí)際上是一種相對(duì)于ASIC的半成品,可以由用戶安裝到特定電路上,它們的功能并不是在出廠時(shí)就設(shè)定好的,這樣一來,用戶可以將晶體管劃分為一個(gè)個(gè)“小部門”,要求每個(gè)“小部門”完成不同的任務(wù)。

  由于FPGA要適應(yīng)更多的產(chǎn)品設(shè)計(jì),因而其必要的配置事實(shí)上更多一些,如此一來,功耗自然大的多。所以,實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)行,降低功耗和成本,優(yōu)化時(shí)鐘管理并降低FPGA與目前通用范圍廣泛的PCB并行設(shè)計(jì)的復(fù)雜性是FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮的關(guān)鍵問題。大容量、高速率和低功耗已經(jīng)成為FPGA的發(fā)展重點(diǎn)。

  一、大容量。容量是FPGA最基本的技術(shù)參數(shù),就象鎳氫電池與鋰電池對(duì)于容量的要求一樣,容量越大,則意味著FPGA拓展的新領(lǐng)域越多。因此,每次新工藝芯片的發(fā)布,都意味著芯片容量的增加,用鋰電池來打比方,從最早替代鎳氫電池用于便攜式電器,到后來因?yàn)槿萘吭黾佣霈F(xiàn)了車用動(dòng)力鋰電池,隨著技術(shù)發(fā)展,用于智能電站儲(chǔ)能系統(tǒng)的更大容量鋰電池也正在該領(lǐng)域得到日益普遍的推廣。

  二、高速率。如今的多媒體產(chǎn)品技術(shù)瓶頸很多表現(xiàn)為速度過慢,出現(xiàn)“卡”機(jī)的情況,更有甚者出現(xiàn)死機(jī),這是數(shù)據(jù)系統(tǒng)問題,也就是帶寬問題。為推進(jìn)FPGA更廣泛的應(yīng)用,當(dāng)前流行的FPGA都可以提供各種高速總線。為解決數(shù)據(jù)高速傳輸問題,F(xiàn)PGA提供高速串行I/O(帶寬),為不同標(biāo)準(zhǔn)的高速傳輸提供靈活性。

  三、低功耗。隨著電子產(chǎn)品的兼容性發(fā)展趨勢(shì)更加明顯,功耗成為電子產(chǎn)品開發(fā)必須考慮的問題,因?yàn)镕PGA設(shè)置了更多的兼容性,因而功耗更大,加上電子產(chǎn)品本身需要更大功耗,這種疊加功耗使FPGA無法替代專業(yè)ASIC。更進(jìn)一步說,所有以電池供電的手持式應(yīng)用都無法直接使用FPGA,如需要大容量鋰電池的iphone4在面臨一次充電不能滿足一天使用的情況下,采用耗電量大的FPGA芯片顯然并不合適。

  如在文章開頭所說的,F(xiàn)PGA芯片逐漸成為許多應(yīng)用系統(tǒng)的核心,在快速發(fā)展面前,需要FPGA具有更強(qiáng)的動(dòng)態(tài)編程能力,以容納不斷完善的協(xié)議制度,以及不斷提出的平臺(tái)優(yōu)化需求。

  這些可以歸納為大(容量)、高(速率)、低(功耗)、強(qiáng)(動(dòng)態(tài))四要素,而低功耗是對(duì)其它三要素的支持與補(bǔ)充。

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