FPGA و ASIC هر دو نوع مدارهای یکپارچه هستند که اغلب هنگام اجرای طراحی محصول الکترونیکی مقایسه می شوند. FPGA و ASIC در جریان طراحی مدار خود مشابه هستند که از آرایه هایی از سلولهای منطقی تشکیل شده است که می توانند با استفاده از زبان توصیف سخت افزاری برنامه ریزی شوند. با این حال ، این دو فناوری از طریق روش های مختلفی از جمله هدف و عملکرد آنها متفاوت هستند. در این مقاله ، ما در مورد تفاوت های بین FPGA و ASIC بحث خواهیم کرد و برخی از مزایا و مضرات استفاده از هر یک را ارائه می دهیم.
ASIC چیست؟
یک مدار یکپارچه ASIC یا برنامه خاص ، تراشه ای است که برای یک هدف خاص طراحی شده و به طور مؤثر یک عملکرد مکرر را انجام می دهد. این نوع تراشه پس از ساختگی قابل برنامه ریزی مجدد نیست. ASIC ها به عنوان یک طراحی سیستم بر روی تراشه (SOC) در نظر گرفته می شوند ، که به آن اجازه می دهد تا برنامه ریزی شده برای ترکیب چندین کارکرد مرتبط که در کنار هم یک کار کلی خاص انجام می دهند ، برنامه ریزی شود. ASIC ها می توانند در کاربردهای آنها متفاوت باشند ، اما به طور معمول شامل کنترل نحوه عملکرد یک دستگاه الکترونیکی است.
ASIC ها می توانند آنالوگ ، دیجیتال یا ترکیبی از این دو باشند. اجزای آنالوگ می توانند شامل یک تقویت کننده یا ADC باشند ، در حالی که اجزای دیجیتال می توانند شامل یک ریزپردازنده یا EEPROM باشند. بخش آنالوگ تراشه با استفاده از تکنیک های طراحی سطح ترانزیستور و فرآیندهای طرح بندی دستی طراحی شده است. بخش دیجیتال با استفاده از یک زبان توصیف کننده سخت افزار (HDL) طراحی شده و سپس با فرایند چیدمان خودکار مکان و مسیر دنبال می شود.
لوازم الکترونیکی مدرن ، مانند تلفن های همراه ، به دلیل توانایی سفارشی سازی برای استفاده خاص ، عملکرد بالا و اندازه کوچک آنها ، به طور فزاینده ای ASIC را در طرح های خود ادغام می کنند.
FPGA چیست؟
FPGA یا آرایه های دروازه قابل برنامه ریزی در زمینه ، مدارهای یکپارچه ای هستند که برای استفاده عمومی تولید می شوند و می توانند شامل هزاران بلوک منطقی قابل تنظیم (CLB) و اتصالات قابل برنامه ریزی باشند. CLB ها در درجه اول از جداول جستجو (LUTS) ، Multiplexers و Flip-Flops ساخته شده اند که عملکردهای منطق پیچیده ای را پیاده سازی می کنند.
سکوی FPGA
بنابراین FPGA ASIC قابل برنامه ریزی محسوب می شود. همانطور که از نام آن پیداست ، این نوع تراشه پس از تولید توسط مشتری یا طراح پیکربندی شده است. برخی از FPGA ها یک بار در طول عمر خود مجدداً تنظیم می شوند ، در حالی که برخی دیگر ممکن است برای برآورده کردن الزامات درخواست ، هر چند بار مورد نیاز برنامه ریزی شوند. FPGA ها با استفاده از زبان های توضیحات سخت افزاری (HDL) برنامه ریزی شده اند.
FPGA ها اغلب برای انواع مختلف برنامه های مختلف استفاده می شوند ، از جمله مواردی که نیاز به انعطاف پذیری مداوم مانند ایمنی وسایل نقلیه و پردازش تصویر در برنامه های امنیتی دارند. علاوه بر این ، مهندسان ممکن است از FPGA ها در نمونه های اولیه در مرحله طراحی استفاده کنند ، اما پس از نهایی شدن طراحی و آماده سازی برای تولید انبوه ، به اجرای ASIC ها می پردازند.
مزایا و مضرات ASIC در مقابل FPGA
وقت خریده
هنگامی که به مدت زمان لازم برای طراحی و توسعه FPGAS در مقابل ASIC می رسد ، FPGA ها به طور کلی آسان تر و سریع تر تولید می شوند زیرا نیازی به طرح/ماسک ندارند و در صورت نیاز می توانند در این زمینه برنامه ریزی مجدد شوند ، بنابراین کمتر وجود داردنیاز به انجام فرآیندهای آزمایش و تأیید مانند ASICS.
با این حال ، طراحی ASIC پیچیده تر است ، اغلب نیاز به طراحی سفارشی و یک جریان طراحی چند وجهی دارد. علاوه بر این ، به دلیل پیچیدگی ها و سفارشی سازی ها ، می تواند به یک منحنی یادگیری بالاتر نیز نیاز داشته باشد و زمان بازار را طولانی تر کند.
هزینه های NRE یا هزینه های مهندسی بدون تکرار ، هم برای FPGA و هم برای ASIC متفاوت است. ASIC به دلیل طراحی و توسعه سفارشی و هزینه های ماسک ، هزینه NRE بالایی دارد. این هزینه به طور بالقوه می تواند به میلیون ها دلار برسد. از طرف دیگر ، FPGA ها هزینه NRE ندارند.
بهای واحد
اگرچه ASIC هزینه NRE بالایی دارد ، هزینه واحد در هر تراشه نسبتاً کم است و آن را برای تولید انبوه با حجم بالا ایده آل می کند. از طرف دیگر ، FPGA ها هزینه واحد بالایی دارند ، بنابراین این نوع تراشه برای تولید انبوه مناسب نیست. با این حال تصور می شود اگر در مقادیر کمتری توسعه یابد ، مقرون به صرفه است.
عملکرد/مصرف برق
با توجه به طراحی ASIC برای یک هدف اختصاصی ، عملکرد و سرعت بالاتری را در مقایسه با FPGA ها ارائه می دهد. ASIC همچنین به دلیل توانایی کنترل و بهینه سازی میزان مصرف برق ، از قدرت بسیار بیشتری نسبت به FPGA ها برخوردار است. FPGA برای انجام عملکردهای مشابه مانند ASIC به قدرت بیشتری نیاز دارد.
اندازه واحد
از آنجا که ASIC برای یک قابلیت طراحی شده است ، معماری داخلی آن بهینه شده است و دقیقاً تعداد دروازه های مورد نیاز برای عملکرد را شامل می شود. از طرف دیگر FPGA ها به دلیل عملکرد چندگانه معمولاً از نظر اندازه بزرگتر هستند.
جریان طراحی
ASIC ها در مقایسه با FPGA ها دارای جریان طراحی بسیار پیچیده تر و وقت گیر تر هستند. از آنجا که ASIC قابل برنامه ریزی مجدد نیست ، لازم است که طراحان فرآیندهای مختلفی از جمله مفهوم سازی طراحی ، بهینه سازی تراشه ، اجرای منطقی/فیزیکی و اعتبار و تأیید طراحی را انجام دهند.
برای FPGA ها ، چنین جریان طراحی لازم نیست. از آنجا که عملکرد آنها پس از ساخت قابل تغییر است ، طرح ها می توانند برنامه ریزی پیچیده ، مکان و مسیر و تجزیه و تحلیل زمان بندی را از بین ببرند.
مقایسه خلاصه بین ASIC و FPGA
| ایزیک | FPGA | |
| وقت خریده | آهسته. تدریجی | سریع |
| در | عالی | کم |
| جریان طراحی | پیچیده | ساده |
| بهای واحد | کم | عالی |
| کارایی | عالی | متوسط |
| مصرف برق | کم | عالی |
| اندازه واحد | کم | متوسط |
اشکال زدایی و توسعه سیستم های I2C و SPI
پروتکل های I2C یا SPI می توانند برای واسط با دستگاه های FPGA یا ASIC یا سایر دستگاه های محیطی استفاده شوند. فاز کل ابزارهای مختلف اشکال زدایی توسعه ، مانند آداپتورهای میزبان و آنالایزرهای پروتکل را ارائه می دهد. آداپتورهای میزبان را می توان برای سیستم های تعبیه شده ، تراشه ها (FPGA ، ASIC ، SOC) ، آزمایش محیطی ، برنامه نویسی و اشکال زدایی استفاده کرد. آنالایزرهای پروتکل ابزاری هستند که داده ها را در اتوبوس ضبط می کنند و سیگنال های الکتریکی را رمزگشایی می کنند تا نمای سطح بالاتری از داده ها را ارائه دهند.
آداپتورهای میزبان
فاز کل آداپتورهای میزبان چندگانه را ارائه می دهد که متناسب با انواع برنامه های آزمایشی و برنامه نویسی I2C و SPI است.
آداپتور میزبان میزبان Aardvark i2C/SPI آداپتور میزبان هدف کلی فاز است که می تواند به عنوان دستگاه I2C یا SPI Master یا Slave Device استفاده شود. به عنوان یک استاد و برده I2C ، می تواند تا 800 کیلوهرتز پشتیبانی کند ، به عنوان یک استاد SPI می تواند تا 8 مگاهرتز و 4 مگاهرتز به عنوان یک برده SPI پشتیبانی کند.
آداپتور میزبان Cheetah SPI به عنوان یک دستگاه برنامه نویسی با سرعت بالا طراحی شده است. این می تواند به سرعت EEPROMS مبتنی بر SPI و حافظه فلش را برنامه ریزی کند. به عنوان یک استاد SPI ، می تواند حداکثر 40 مگاهرتز را نشان دهد.
پلتفرم سریال Promira پیشرفته ترین دستگاه سریال فاز است. کاربران با داشتن پلت فرم مبتنی بر FPGA ، می توانند از طیف وسیعی از برنامه های I2C و SPI انتخاب کنند که سطح مختلفی از سرعت و سایر کارکردها را برای متناسب با انواع مورد نیاز پروژه فراهم می کند. به عنوان یک دستگاه I2C ، کاربران می توانند حداکثر 3. 4 مگاهرتز را به عنوان استاد یا برده سیگنال دهند. به عنوان یک دستگاه SPI ، کاربران می توانند حداکثر 80 مگاهرتز را به عنوان استاد و 20 مگاهرتز به عنوان یک برده سیگنال دهند.
تجزیه و تحلیل پروتکل
فاز کل همچنین آنالایزرهای پروتکل را برای انواع پروتکل های مختلف از جمله I2C و SPI ارائه می دهد.
آنالایزر پروتکل پروتکل Beagle I2C/SPI به کاربران امکان می دهد تا به طور غیرقانونی یک اتوبوس I2C را تا 4 مگاهرتز و یک اتوبوس SPI تا 24 مگاهرتز کنترل کنند.
اگر می خواهید اطلاعات بیشتری کسب کنید که چگونه ابزارهای اشکال زدایی و توسعه ما می توانند به نفع طراحی سیستم های تعبیه شده شما باشند ، لطفاً به ما در [email protected]. com ایمیل بزنید.
