Technologia ASIC kontra FPGA

Zawierające sztywne połączenia wewnętrzne, specjalizowane układy (ang. ASIC – Application Specific Integrated Circuit) wyraźnie kontrastują z rekonfigurowalnymi układami, opartymi na programowalnych matrycach bramek (ang. FPGA – Field-Programmable Gate Arrays). Urządzenia programowalne, w połączeniu z rozwojem technologii hybrydowych, pretendują do odegrania znaczącej roli w przyszłości.
Podobnie jak ma to miejsce w wielu innych technologiach, twierdzenie o zaniku stosowanej dotychczas techniki układów ASIC byłoby przedwczesne. Co prawda liczba nowych projektów realizowanych w tej właśnie technologii radykalnie spada, jednakże układy tego typu przynoszą jeszcze znaczne dochody, szczególnie na rynku azjatyckim i wysp Pacyfiku. Drugą młodość tej technologii może przynieść wdrażana ostatnio koncepcja tzw. „strukturalnego ASIC” (ang. structured ASIC), uwzględniająca podejście hybrydowe. Tymczasem zwiększa się liczba projektów układów typu FPGA (oraz innych programowalnych urządzeń logicznych), a układy tego typu wychodzą z obszaru zastosowań jedynie w mało zaawansowanych, popularnych aplikacjach tzw. niskiego poziomu (ang. low-end application).
Każda technologia ma swój obszar zastosowań. Tradycyjnie już układy ASIC stosowane są w dużych projektach, zaś technologia FPGA w mniejszych, wymagających szybkiego wejścia na rynek lub dysponujących możliwością zdalnego uaktualnienia. Dostawcy układów ASIC i FPGA pozostają w ciągłym sporze, dotyczącym określenia tego, która z technologii jest lepsza i w jakich zastosowaniach. Podobnie same technologie oraz ich różne odmiany, jeszcze długo współistnieć będą na rynku w przyszłości (patrz ramka: „Podobne, a jednak różne zastosowania technologii krzemowych”).
– Główną kartą przetargową przemawiającą na korzyść technologii FPGA pozostaje krótki czas niezbędny do wejścia na rynek gotowego produktu –- stwierdza David Greenfield, starszy kierownik działu układów FPGA wysokiej skali integracji w firmie Altera Corpo-ration.
– Prowadzi to obecnie do przejęcia przez tę technologię większości nowych projektów, realizowanych dotychczas w technice ASIC. Technika ASIC zajmuje teraz dominującą pozycję w obszarach zastosowań wymagających wysokich osiągów, dużego stopnia scalenia (zagęszczenia) oraz niewielkiej objętości układu. Jednak postęp dokonujący się w technice układów FPGA, przy równoczesnym uwzględnieniu znacznych kosztów niezbędnych do rozwoju, tworzenia układów ASIC, spycha układy ASIC do coraz bardziej kurczącego się obszaru rynkowego. Poprawiające się osiągi, stopień scalenia oraz redukcja kosztów produkcji układów FPGA przyspieszają to zjawisko.
– W przeszłości wysokie osiągi i funkcjonalność były czynnikami wyraźnie dzielącymi technologię ASIC od FPGA, która w zasadzie nie mogła pochwalić się ani jednym, ani drugim – stwierdza David Greenfield. – Wiele zmieniło się wraz z przejściem w produkcji układów scalonych od technologii 180 nm do 130 nm oraz 90 nm., które to technologie pozwalają obecnie układom FPGA na osiągnięcie zadowalających parametrów dla większości aplikacji oraz stopnia scalenia (zagęszczenia) rzędu 80% w stosunku do standardowych układów logicznych. Niektórzy z projektantów systemów uświadamiają sobie również, że utrzymywanie niszy rynkowej związanej z wymaganiami bardzo wysokich osiągów układów niesie z sobą nadmierne ryzyko. Na bardzo wysokim poziomie utrzymują się koszty rozwoju tego typu układów, a nie bez znaczenia jest tu również fakt, iż mają one w zasadzie niepowtarzalną konstrukcję.
– Wcześniej realizacja zaawansowanych układów FPGA możliwa była tylko na poziomie prototypów lub niewielkich aplikacji o małym stopniu scalenia, a obecnie układy FPGA stosowane są w znacznie większym zakresie w różnych produktach oraz w ograniczonym zakresie w aplikacjach o wysokim stopniu scalenia (zagęszczenia) – stwierdzają pracownicy firmy Altera Corporation.
– Osiągnięcie wysokiego stopnia scalenia w układach FPGA (90 nm) wciąż jednak decyduje o ich wyższej cenie w stosunku do technologii ASIC – wyjaśnia David Greenfield. – Jednakże właściwie przemyślana strategia kosztów produkcji i wejścia urządzenia na rynek często faworyzuje układy typu FPGA, nawet w rozwiązaniach o wysokim stopniu scalenia, szczególnie gdy weźmie się pod uwagę czynniki związane z opłatami dotyczącymi rozwoju oraz niepowtarzalności układów ASIC.
W firmie Texas Instruments (TI) skoncentrowano się głównie na rozwoju układów ASIC o strukturze blokowej, żeby obsłużyć niewielką liczbę klientów, potrzebujących bardzo skomplikowanych urządzeń o dużej objętości oraz średniej ilości bramek logicznych w układzie pięciokrotnie większym niż standardowo. Rynek ten tworzą aplikacje sieciowe oraz telekomunikacyjne o wysokim stopniu konkurencyjności i różnorodności.
– Inwestycje rozwojowe są wyższe w przypadku blokowego podejścia do struktury układów ASIC – przyznaje John DiFilippo, projektant układów krzemowych w departamencie infrastruktur komunikacji biznesowej firmy Texas Instruments. – Jednakże w przypadku dużych urządzeń wskaźnik zwrotu inwestycji (ang. ROI – Return on Investment) jest znacznie korzystniejszy z powodu mniejszych rozmiarów układów oraz niższych jednostkowych kosztów produkcji. FPGA są zazwyczaj lepszym rozwiązaniem tam, gdzie cena jednostkowa produktu ma mniejsze znaczenie lub też gdzie kwestią kluczową jest krótki czas wejścia na rynek oraz koszty rozwoju.

Układy FPGA – jeden z typów programowalnych urządzeń logicznych (PLD) – dla których przewiduje się potężny wzrost w stosunku do technologii ASIC. Widoczne jest to na tych skromnych rysunkach pochodzących od organizacji Semiconductor Industry Association (www.sia-online.com)
John DiFilippo uważa, że wymagania klientów firmy TI dotyczące relacji pomiędzy ceną a osiągami układów, które, jego zdaniem, mogą być w pełni zaspokojone jedynie w przypadku szerszych rynków aplikacji, wybiegają poza zakres zastosowań układów FPGA oraz układów strukturalnych ASIC. Stwierdza on: – Układy FPGA oraz strukturalne ASIC są odpowiednie dla niewielkich aplikacji o krótkiej żywotności, gdzie klienci skłonni są do pójścia na pewne kompromisy związane z funkcjonalnością i osiągami układów, przy jednoczesnej realizacji powierzonych im zadań. 
Pomimo tego firma TI dostrzega i podkreśla konkurencyjność swojej technologii. W układach ASIC o strukturze blokowej zastosowano nowe funkcje, w celu: osiągnięcia większej elastyczności łączenia matrycowych bloków bramek, skrócenia czasu realizacji zadania oraz podniesienia efektywności kosztów w razie konieczności przekonfigurowania systemu. Firma TI wprowadziła również linie produktów tzw. „plarform ASIC”, które mogą być wykorzystane przez klienta w wielu branżach, co w jeszcze większym stopniu redukuje koszty zakupu i realizacji systemu.
Według przedstawicieli firmy Texas Instruments stosowanie układów ASIC o strukturze blokowej zaleca się w jednym lub kilku z poniższych przypadków:

  • liczba bramek oraz bitów pamięci większa niż 10 milionów,
  • duża liczba połączeń gigabitowych,
  • główny zegar taktujący o prędkości większej niż 300 MHz, przy jak najniższym poborze energii zasilania,
  • aplikacje wymagające znacznych kosztów w razie wprowadzania zmian.

Podobne, a jednak różne zastosowania technologii krzemowych

Zarówno układy ASIC, jak i FPGA to obwody zintegrowane, mające jednak pewne istotne różnice. Układy specjalizowane ASIC, jak sama nazwa wskazuje, są krzemowymi układami scalonymi ze sztywną strukturą połączeń, opracowanymi w celu zastosowania w konkretnym urządzeniu elektronicznym lub grupie urządzeń. Układy tego typu występują w licznych urządzeniach oraz w produktach przemysłowych.

Układy reprogramowalne FPGA są nowszymi urządzeniami z obwodami zintegrowanymi, zawierającymi niekiedy tysiące bloków logicznych, łączonych między sobą programowanymi łącznikami – w celu stworzenia konfiguracji spełniającej wymogi użytkownika. Poza blokami logicznymi w układach FPGA znajdują się również programowalne bloki I/O, stanowiące interfejs pomiędzy sygnałami wewnętrznymi, a z zewnętrznymi łączami (piny) układu i umożliwiające tym samym jego komunikację z innymi urządzeniami zewnętrznymi (np. w celu stworzenia sieci). Podstawową zaletą tego typu układów jest możliwość ich wielokrotnego programowania.

Tzw. układy strukturalne ASIC stanowią rozwiązanie pośrednie między dwoma wspomnianymi powyżej technikami. W standardzie tym wykorzystuje się metalowe warstwy w celu stworzenia elementów popularnych w wielu aplikacjach (bloki logiczne, pamięć, układy I/O). Ostateczne dopasowanie układu do konkretnej aplikacji następuje w etapie późniejszym, poprzez dołączenie kilku specjalnych warstw metalu (tzw. masek), ostatecznie określających funkcje realizowane przez układ.

Realna alternatywa
Firma Xilinx Inc. wzywa do podjęcia w najbliższej dekadzie szerokiej debaty dotyczącej układów FPGA, jako rzeczywistej alternatywy w stosunku do technologii ASIC oraz innych, podobnych standardów.
– Pomimo niezwykłego postępu, jaki dokonał się w dziedzinie układów FPGA, projektanci wciąż muszą używać większych, bardziej kosztownych urządzeń – DSP, układów RISC (ang. Reduced Instruction Set Komputer – procesory pracujące z ograniczonym zbiorem instrukcji, komend), szybkich łączy szeregowych – aby uzyskać wysokie osiągi w realizacji skomplikowanych funkcji, niezbędnych w określonych aplikacjach – stwierdza Erich Goetting, wiceprezes firmy Xilinx Advanced Products Div.
Obecnie firma Xilinx oferuje nową platformę układów FPGA zoptymalizowaną domenowo (ang. domain-optimized) – Vritex-4, bazującą na opracowanej w firmie architekturze modułowo-blokowej ASMBL, która ma wszelkie zadatki, by sprostać wymaganiom skalowalności i redukcji kosztów, stawianym przez liczne aplikacje. – ASMBL to modułowa struktura podsystemów krzemowych, pozwalająca na rozwój nowych metod zwiększenia szybkości działania, redukcji kosztów wytworzenia układów FPGA; przeznaczonych do różnorakich zastosowań – podkreśla Erich Goetting. – Na przykład dana aplikacja wymaga funkcjonalności, jaką oferują procesory DSP, jednak nie jest w niej konieczna zaawansowana logika. Układy FPGA z architekturą ASMBL pozwalają użytkownikowi na opracowanie swoistego miksu, połączenia logiki, procedur DSP, pamięci i innych funkcji (zgrupowanych w kolumnach) – dla konkretnego zastosowania.
Firma Xilinx wskazuje na ogólne korzyści finansowe układów FPGA z powodu praktycznie zerowej wartości opłaty za opracowanie projektowe układu (ang. NRE – Non-Recurring Engineering), pobieranej zazwyczaj przez sprzedawców. – Gwałtowny rozwój obserwowany w technologii ASIC niejako sam podpowiada, w jakim kierunku rozwijają się układy FPGA – kontynuuje Erich Goetting. – Poza niezaprzeczalnie większymi możliwościami obróbki sygnałów analogowych i cyfrowych układy ASIC nie mogą zaoferować zwiększonej funkcjonalności w innych obszarach, w stosunku do układów FPGA. Dodatkowa redukcja kosztów zastosowania układów FPGA wiąże się z łatwością implementacji oraz wprowadzania zmian w systemie, poprzez załadowanie odpowiedniego oprogramowania.
Przedstawiciele firmy dostrzegają niezaprzeczalne korzyści układów FPGA w dwóch sferach:

  • zdolność szybkiego zapoczątkowania procesu tworzenia i modyfikacji aplikacji z wykorzystaniem niezawodnych elementów standardu, w celu np. dodania nowych cech, funkcji;
  • zdolność do znajdowania i eliminacji błędów w trakcie tworzenia lub też w okresie funkcjonowania urządzenia.

Układy FPGA, w odróżnieniu od urządzeń ASIC, mają standardowo wbudowane dodatkowe funkcje – np.: narzędzia testujące lub interfejs JTAG – redukujące zarówno czas tworzenia, jak i koszty projektu – wyjaśnia Richard Reed, starszy inżynier firmy GE Fanuc.
Układy FPGA przyspieszają proces wdrożenia urządzenia. – Wykorzystywanie ich w dużych urządzeniach standardowych elementów czyni je rozwiązaniem konkurencyjnym w stosunku do technologii ASIC – stwierdza Richard Reed. – Dłuższa  żywotność produktów przemysłowych oraz rozmiary aplikacji podyktują, czy większe korzyści finansowe przyniesie stworzenie dla danego projektu tzw. hardcopy projektu (możliwe w technologii FPGA; ang. Hard-Copy układu FPGA, oznacza wykonanie układu scalonego o funkcjonalności takiej, jak wgrany do układu FPGA projekt; układ taki jest szybszy i pobiera mniej mocy – od tłumacza.), czy też jego wersji w technologii ASIC.
Pośród zalet układów ASIC Richard Reed wymienia: zdolność do natychmiastowej pracy po załączeniu zasilania, większą liczbę opcji logicznych oraz możliwość działań w logice analogowej. Układy FPGA niestety potrzebują pewnego czasu po załączeniu zasilania na załadowanie konfiguracji do pamięci, nie są więc natychmiast w pełni funkcjonalne.
Perspektywa ryzyka i kosztów
Przedstawiciel firmy Nalltech Inc., producenta systemów, układów i oprogramowania dla techniki FPGA, Craig Sanderson, przyznaje, iż układy ASIC oferują „wysoki poziom osiągów” i funkcjonalność – w specyficznych aplikacjach dla jakich są projektowane. – Jednakże wykorzystanie układów tego typu w celu uzyskania wysokich osiągów funkcji przetwarzania, takich jak: symulacja, modelowanieczy przewidywanie, niesie ze sobą znaczne, tzw. „komercyjne zamieszanie” – zauważa Craig Sanderson, inżynier aplikacji systemów w firmie Nallatech.
Aplikacje, o których mówi się, iż mają bardzo dobre osiągi, są najczęściej niewielkie lub średnich rozmiarów. – Przy braku prób określenia punktu, w którym technologia ASIC staje się bardziej efektywna w sensie kosztów, implementacja układów ASIC w relatywnie niewielkich aplikacjach nie jest rentowna z perspektywy ryzyka kosztów – podkreśla Craig Sanderson. – Bez względu jednak na rozmiar aplikacji sprzedawcy układów FPGA zalecają ich stosowanie zamiast technologii ASIC.
Reprezentanci firmy Nallatech zgadzają się z faktem, iż technologia FPGA pozwala na uniknięcie opłat za opracowanie projektowe układu  oraz wymieniają inne zalety. Możliwość wielokrotnego programowania funkcji układów FPGA pozwala na większą swobodę w trakcie tworzenia i rozwoju aplikacji, redukując ryzyko i koszty. To zupełnie odwrotnie niż w układach ASIC, gdzie instalowana aplikacja układowa musi być prawidłowa już za pierwszym razem. Zdolność przeprogramowania układów daje dodatkowe możliwości modyfikacji aplikacji „w locie”, w trakcie funkcjonowania układu, przy wykorzystaniu dodatków programowych, tzw. service packów czy upgrade’ów. Układy FPGA mogą być aktualizowane nawet przez Internet. Dezaktualizacja oraz starzenie się systemów sterowania implikuje możliwość wykorzystania działających już dziś układów FPGA w aplikacjach tworzonych w przyszłości.
Dostawcy układów FPGA coraz częściej stwierdzają „zrównanie się” ich osiągów z technologią ASIC. Zdaniem Graiga Sendersona: – W aplikacjach z wymogami wysokich osiągów układy FPGA oferują wystarczające zasoby logiki do osiągnięcia funkcjonalności aplikacji porównywalnych z technologiami ASIC oraz znacznie większych osiągów w porównaniu z klasycznymi procesorami.
Odkąd układy FPGA są w pełni reprogramowalne, możliwe stało się testowanie aplikacji bezpośrednio na rzeczywistym systemie. – W przypadku układów ASIC wszelkie testy musiały być realizowane jako symulacje rzeczywistych układów, przed stworzeniem ostatecznego, fizycznego projektu układu; niekiedy wykrycie ewentualnych błędów następowało zbyt późno – dodaje Graig Sanderson.


Układy FPGA cieszą się powodzeniem na rynku urządzeń przemysłowych. Przykładem mogą być: system sterowania i akwizycji danych firmy National Instruments – CompactRIO, zwierający wbudowany układ FPGA (na górze) oraz sterownik firmy GE Fanuc – PACSystems RX3i, wykorzystujący oszczędny układ FPGA o długim okresie żywotności (na dole)
Menadżer kontroli i dystrybucji produktów I/O w firmie National Instruments (NI), Gricha Raether odnotowuje fakt bardzo wczesnego wykorzystania układów ASIC oraz FPGA w dużych aplikacjach, jak budowa maszyn oraz produkcja z oryginalnych elementów (OEM), które zamortyzowały ich duże koszty rozwoju. Te wysokie koszty przypisuje on głównie długiemu okresowi tworzenia i rozwoju oraz konieczności przeprowadzenia wnikliwych, szczegółowych ekspertyz, przy użyciu wielu narzędzi testujących i wdrożeniowych. Układy typu ASIC wykazują szczególne skłonności do wydłużania czasu realizacji tych dwóch etapów procesu produkcji.
Wsparcie techniczne i programowe układów FPGA jest bardziej kompleksowe, a same układy praktycznie od razu są przygotowane do programowania. – W ten sposób technologia FPGA eliminuje konieczność produkcji układów zintegrowanych – wyjaśnia Gricha Raether. – Jednakże, ze względu na dużą elastyczność układów FPGA oraz możliwość ich dowolnej personalizacji, dostawcy mogą pobierać dodatkowe opłaty. Jednak dla obu omawianych technologii, szczególnie dotyczy to układów ASIC, dodatkowe koszty wiążą się z projektowaniem dodatkowych obwodów drukowanych, nie zaś wspieraniem integracji układów.
Zastosowania przemysłowe
Gricha Raether wierzy, iż: – Technologia FPGA oferuje również liczne korzyści dla przemysłowych produktów o długiej żywotności. Przekonanie to ma swe źródło w zdolności tego typu układów do łatwego ich przeprogramowania w celu realizacji nowych zadań oraz możliwości przeprogramowywania „w locie”. Projektanci układów FPGA muszą wziąć pod uwagę liczne, możliwe ich rozszerzenia i modyfikacje, jakie mogą stać się niezbędne w przyszłości, a następnie uwzględnić je przy określaniu rozmiarów tworzonego układu w warunkach dostępności określonej ilości bramek logicznych.
Pociąga to za sobą konieczność określenia równowagi pomiędzy kosztami, jako funkcją ilości bramek, a ilością dodatkowych funkcji, jakie mogą być zaprogramowane w układzie – oraz oczywiście niezbędną „przestrzenią, miejscem”, czyli rozmiarami zewnętrznymi układu.
Przedstawiciele firmy Altera Corp. przyznają, iż układy FPGA stanowią „olbrzymią wartość” w przypadku zastosowań przemysłowych o długiej żywotności, nawet przy uwzględnieniu spadku ich sprzedaży po pewnym czasie. – Brak konieczności ustalenia minimalnej granicy zamówienia oraz długi okres żywotności układów FPGA to znaczące ich wyróżniki – stwierdza David Greenfield. – Wielu klientów, którzy jeszcze pięć lat temu decydowali się na wykorzystanie układów ASIC, obecnie zamienia je na technologię FPGA. Wśród powodów takiej decyzji wymieniają między innymi: nieelastyczność technologii ASIC, narzucającej minimalną wielkość zamówienia (opłacalność produkcji), przestarzałe rozwiązania oraz wymiana układów na bardziej otwarte, umożliwiające łatwe zmiany konfiguracji.
Fakt starzenia się technologii stanowi problem dla producentów układów. – Kwestia ta jest szczególnie istotna dla firm tworzących układy ASIC, ponieważ mają one zwykle bardziej zamknięte, ograniczone grona odbiorców i są niejako niewolnikami własnej produkcji – dodaje David Greenfield.
Znaczenie narzędzi programowych
Tworzenie i rozwój układów FPGA jest dość skomplikowane i wymaga odpowiednich narzędzi programowych. Craig Sanderson z firmy Nallatech wspomina, iż funkcjonalność narzędzi projektowych układów FPGA poprawia się, szczególnie gdy chodzi o programy wysokiego poziomu (języki programowe oraz interfejsy wysokiego poziomu) służące do rozwoju aplikacji, jak chociażby Matlak/Simulink.
Wyjaśnia on ponadto, iż języki wysokiego poziomu są szczególnie ważne w technice obliczeń układów FPGA, ponieważ umożliwiają one „upakowanie” niezbędnych w aplikacji funkcji w jednym lub w co najwyżej kilku układach FPGA. – Poprzednio funkcje takie zazwyczaj były wykonywane przez dodatkowe układy procesorów DSP, w połączeniu z funkcjami wbudowanymi układów ASIC – stwierdza Craig Sanderson.
Jednym z problemów przed jakim stają projektanci układów, jest nawiązanie komunikacji pomiędzy zróżnicowanymi blokami funkcyjnymi w pojedynczym układzie FPGA. Podobno problemom tym jest w stanie sprostać np. oprogramowanie firmy DimeTalk, stosowane obecnie przez firmę Nallatech.
Każda technologia produkcji układów scalonych wymaga niezbędnych narzędzi projektowych. Dzięki prostocie projektowania aplikacji FPGA, niosącej ze sobą: łatwość użytkowania, ograniczone koszty oraz krótki czas wdrożenia na rynek gotowego układu, użytkownicy tego typu układów nie mają bezpośredniego kontaktu z problemami wynikającymi w czasie produkcji oraz kwestiami związanymi z technologią wytwarzania układów (technika mikronowa) – stwierdzają przedstawiciele firmy Xilinx. – Standardowo układy FPGA dostarczane są jako w pełni przetestowane i fizycznie funkcjonalne: dostawca opracowuje wcześniej właściwy projekt, weryfikuje go i opracowuje charakterystykę – dodaje Erich Goetting. – Firma Xilinx ma wswojej ofercie zintegrowane narzędzia projektowe i testowe (debugger) dla logiki, układów DSP oraz procesów wbudowanych, a także interfejsy dla innych narzędzi.
W zależności od dostawcy oprogramowanie do programowania układów FPGA różni się ogólną zawartością oraz ilością dodatkowych cech i funkcji, takich jak kompilatory czy narzędzia edytorskie. Gricha Raether z firmy National Instruments podkreśla, iż biegłe posługiwanie się tego typu programami wymaga wieloletniego doświadczenia i edukacji.
– Niektóre z narzędzi wysokiego poziomu bardzo wolno przecierają swój szlak na rynek. Jednakże, zawsze wymagają one od użytkownika właściwego rozumienia mechanizmów rządzących technologią FPGA – stwierdza Gricha Raether. – Język opisu sprzętu wyższego poziomu VHDL (Very High – Speed Hardware Description Language) jest najbardziej rozpowszechnionym językiem, wykorzystywanym w tworzeniu i rozwoju układów. Pakiet LabView firmy NI jest w tej chwili jedynym narzędziem, które umożliwia pełną analizę wewnętrznych operacji w układzie. Pozwala to na programowanie układów FPGA, zawartych w sterownikach programowalnych (ang. PAC – Programmable Automation Controllers), przy wykorzystaniu przejrzystego środowiska graficznego.
Nowe wyzwania, rozwiązania hybrydowe
Przed technologią FPGA stoją nowe wyzwania. Przedstawiciele firmy Xilinx wspominają o dużym zapotrzebowaniu układów na energię oraz o rozmiarach procesorów, wymuszających zwiększenie stopnia scalenia, ponieważ układy reprogramowalne potrzebują większej liczby tranzystorów do realizacji tych samych funkcji. Tylko pozornie wprowadzenie innowacji funkcjonalnych i konstrukcyjnych w układach FPGA napotyka na ograniczenia związane z dużym poborem energii zasilania. – Na przykład firma Xilinx zredukowała zużycie energii o 50% w układach technologii montażowej 90 nm, w stosunku do poprzedniej 130 nm, dzięki wykorzystaniu firmowej technologii tzw. triple-oxide oraz zintegrowanej platformy funkcyjnej – stwierdza Erich Goetting.
Gricha Raether zwraca uwagę na wyzwania związane z kwestiami czasowymi, zgodnością ze specyfikacjami przemysłowymi oraz wydzieleniem właściwych zasobów finansowych na rozwój projektów związanych z bardziej popularnymi, powszechnymi zastosowaniami układów, np. domowymi. Urządzenia takie, jak CompactRIO firmy National Instruments, (patrz fotografia, str. 42) zawierają układy FPGA, usprawniające ich działanie i realizację zadań.
Richard Reed z firmy GE Fanuc interesuje się istniejącymi już standardowymi elementami, opracowywanymi dla konkretnych aplikacji, wywodzącymi się z różnych projektów technologii ASIC. Stwierdza on, iż te elementy wykorzystywane są przez firmę GE Fanuc dla zwiększenia wydajności jej produktów, zaś przez handlowców do tworzenia wielu modyfikacji standardowych układów, w celu zaspokojenia potrzeb mniejszych grup rynkowych. W ten sposób tworzy się tzw. rynek własności intelektualnej (ang. IP – Intellectual Property) – Otrzymujemy więc możliwość stworzenia wbudowanego procesora, który ma wymagane przez nas funkcje i właściwości, bez konieczności płacenia za coś, czego nie potrzebujemy – podkreśla Richard Reed. – Uzyskujemy to dzięki wykorzystaniu gotowych rdzeni mikroprocesorów oraz tzw. makrobloków wielokrotnego użytku, które dość szybko mogą być łączone ze sobą – w celu stworzenia gotowego, standardowego układu.
„Właściwa specyfikacja aplikacji” oraz „programowanie obszarowe” to najbardziej aktualne problemy dziedziny układów FPGA. Czy pójście drogą rozwiązań hybrydowych jest słuszne, pokaże już najbliższa przyszłość. ce
Artykuł pod redakcją Andrzeja Ożadowicza