標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC和FPGA的權(quán)衡及結(jié)構(gòu)化ASIC

作者：時(shí)間：2010-12-11 來源：網(wǎng)絡(luò)

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LSI logic公司利用其RapidChip將擴(kuò)展電路發(fā)揮到極致。該公司將RapidChip 稱為平臺(tái)ASIC，而且目前用0.11微米和0.18 微米兩種工藝來制造。LSI Logic公司希望RapidChip將能使他們重溫幾年前的美好時(shí)光，當(dāng)時(shí)他們的用戶平均每天有三個(gè)設(shè)計(jì)啟動(dòng)；而現(xiàn)在他們大約每三天才有一個(gè)新設(shè)計(jì)。LSI Logic公司開始進(jìn)行占裸芯片面積很大百分比的、按應(yīng)用定制的擴(kuò)展式模擬、數(shù)字和存儲(chǔ)資源的混合設(shè)計(jì)，如SRAM陣列、微處理器芯核、PLL和基于SERDES的接口（如10G以太網(wǎng)、光纖通道和SATA）。它用一個(gè)或多個(gè)片上門陣列ASIC陣列來補(bǔ)充這些專用功能，并將合成的芯片稱為RapidSlice。LSI Logic公司的Extreme系列在其所包含廣泛擴(kuò)展的芯核產(chǎn)品中都是按應(yīng)用定制的，In Tegrator產(chǎn)品在性質(zhì)上更加通用。
　　
RapidChip部件反映細(xì)顆粒門陣列邏輯單元，因而支持用戶定制的金屬化層多達(dá)5層。從一般的RapidSlice到用戶專用的RapidChip的過渡涉及到門陣列分區(qū)的數(shù)量，這分區(qū)可能具有用戶設(shè)計(jì)的專有電路和獲準(zhǔn)從LSI Logic公司的CoreWare 資源庫(kù)中獲得的芯核。這些芯核可能是“軟件”、“硬件”或“固件”知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）。軟件IP具有最好的設(shè)計(jì)布局靈活性但性能最低；具有預(yù)定義的布局布線的硬件IP處于速度對(duì)適應(yīng)性關(guān)系的另一端。該公司將其稱為Hard RapidReady IP ，以便與預(yù)制的擴(kuò)展RapidReady芯核區(qū)別開來。固件IP是預(yù)先布局的但是沒有布線，因此是介于上面兩種IP之間的中間產(chǎn)品。LSI Logic公司聲稱存在一條能直截了當(dāng)降低成本的途徑，使RapidChip轉(zhuǎn)化為可與IP兼容的標(biāo)準(zhǔn)單元 ASIC。
　　
RapidChip 程序不僅側(cè)重于實(shí)現(xiàn)方程的硅部分，而且也側(cè)重于開發(fā)工具開支，這在這個(gè)遲遲不去的高技術(shù)不景氣時(shí)代尤其是個(gè)問題。

RapidChip 資源庫(kù)將并入你已經(jīng)擁有的各種昂貴的標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC工具套件中；其他ASIC供應(yīng)商的資源庫(kù)也是以這種方式工作著。LSI Logic公司已經(jīng)與Synplicity公司和Tera Systems公司合作，共同提供RapidWorx——一種集成的全面工具，它具有物理合成、RTL規(guī)則檢查以及規(guī)劃三種功能；RapidWorx的專利許可費(fèi)是每六個(gè)月20000美元。Synplicity公司是在FPGA市場(chǎng)上長(zhǎng)期占有統(tǒng)治地位的設(shè)計(jì)軟件公司，非常熟悉用較低的每個(gè)設(shè)計(jì)席利潤(rùn)率換取數(shù)量大得多的設(shè)計(jì)席的業(yè)務(wù)方法。至少可以說，歷來ASIC為重點(diǎn)的EDA供應(yīng)商會(huì)發(fā)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換非常困難，而且Synplicity也希望這第二次在ASIC市場(chǎng)上的努力將比它的Synplify ASIC 產(chǎn)品更加成功。Synplicity公司還宣布了與Chip Express、Lightspeed和NEC三公司建立合作關(guān)系。
　　
有些競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手發(fā)表了嘲笑結(jié)構(gòu)化ASIC供應(yīng)商的種種說法。例如Actel公司和QuickLogic公司指出他們的非熔斷的FPGA具有比相同粗顆粒的結(jié)構(gòu)化ASIC更好的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)靈活性，而且在密度和性能上也可與之相媲美。Actel公司銷售副總裁Barry Marsh還認(rèn)為文化因素在結(jié)構(gòu)化ASIC推銷過程中起了作用：亞洲的供應(yīng)商有時(shí)由于“關(guān)系”因素而被迫接收他們通常不接受的小批量業(yè)務(wù)，而結(jié)構(gòu)化ASIC為他們提供了一種在可能有利可圖的程度上支持這種業(yè)務(wù)的手段。
　　
沒有結(jié)構(gòu)化ASIC程序——或者至少?zèng)]有公開宣布程序——的ASIC供應(yīng)商，如IBM公司和 Toshiba公司，也想當(dāng)然地貶低新公司達(dá)到其崇高目標(biāo)的能力。Toshiba公司認(rèn)為，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/FPGA">FPGA和標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC在業(yè)界都已得到確認(rèn)，它們?cè)诔杀?、性能、功耗、面市時(shí)間或者其它方面的差距太小，任何一家結(jié)構(gòu)化ASIC供應(yīng)商都不能長(zhǎng)久生存下來。Toshiba公司報(bào)道說，最近幾年它在知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）庫(kù)、驗(yàn)證方法學(xué)和后端工具方面進(jìn)行了大量的投資；其目標(biāo)是將從市場(chǎng)需求到生產(chǎn)出產(chǎn)品的延續(xù)時(shí)間縮短到六個(gè)月以內(nèi)。
　　
Toshiba公司聲稱，是布線錯(cuò)誤而不是邏輯錯(cuò)誤，才有必要對(duì)大多數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行返工，因此混合的標(biāo)準(zhǔn)單元加門陣列平臺(tái)，例如該公司提供的這種平臺(tái)，將會(huì)滿足大多數(shù)用戶的需求。Xilinx公司也對(duì)結(jié)構(gòu)化ASIC廠商的前景持類似的悲觀態(tài)度；Xilinx公司認(rèn)為，只有它的FPGA改用先進(jìn)的光刻工藝來制造，它才會(huì)否認(rèn)基于后沿?cái)U(kuò)展工藝的結(jié)構(gòu)化ASIC在其他方面具有的任何優(yōu)點(diǎn)（圖7）。

圖7 FPGA的供應(yīng)商們聲稱，他們不斷地改進(jìn)光刻技術(shù)，能抵消光刻技術(shù)落后的ASIC競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的成本優(yōu)勢(shì)及其它優(yōu)勢(shì)（由Xilinx公司提供）。
　　
來自各方的響應(yīng)
　　
Xilinx公司也指出，令人可疑的是，LSI Logic 公司的RapidChip在概念上與自己的Virtex-II Pro平臺(tái)相似，包含有擴(kuò)散的PowerPC芯核及其他電路，并用RapidChip的掩膜可編程分區(qū)取代了更加靈活的基于SRAM的可編程邏輯。其它包含有FPGA的混合芯片實(shí)例有：Altera 公司的Excalibur系列，Atmel公司的現(xiàn)場(chǎng)可編程系統(tǒng)級(jí)IC（FPSLIC）芯片，QuickLogic公司的嵌入式標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和Triscend公司的片上可配置系統(tǒng)）。IBM公司與Xilinx公司合作，使IBM公司可以充分利用其合作伙伴的FPGA技術(shù)；盡管IBM公司還沒有宣布任何確實(shí)的合作關(guān)系的成果，但業(yè)界權(quán)威人士認(rèn)為該公司計(jì)劃不久將宣布其有能力在自己的標(biāo)準(zhǔn)化單元ASIC內(nèi)嵌入FPGA芯核。
　　
Altera對(duì)ASIC的態(tài)度一直在演變，值得觀察和分析。直到幾個(gè)月前，Altera公司還像自己的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手Xilinx公司那樣對(duì)ASIC技術(shù)進(jìn)行大肆批評(píng)。然而，Altera公司最近卻推出了HardCopy FPGA轉(zhuǎn)換平臺(tái)的最新版本，目標(biāo)是最新一代Stratix FPGA。成套的每年2000美元的Quartus II 第三版設(shè)計(jì)軟件現(xiàn)在支持能直接將你的設(shè)計(jì)編譯到HardCopy的引人注目的功能，因此避開了中間的Stratix步驟，事實(shí)上將Altera公司變成了結(jié)構(gòu)化ASIC供應(yīng)商。Altera公司銷售副總裁Tim Colleran說，公司有可能考慮每年5000件以上的HardCopy業(yè)務(wù)量，并將根據(jù)用戶和器件對(duì)這一數(shù)字進(jìn)行修改。NRE費(fèi)用大約為200000美元，并且同樣適用于不同的用戶、器件和批量。Altera公司能將HardCopy樣品在大約8個(gè)星期后交付給您，并在大約18個(gè)星期后將產(chǎn)品單元交付給您。直到您收到HardCopy產(chǎn)品芯片為止，您才可以使用FPGA；但要記?。涸谀承┣闆r下HardCopy器件具有的片上存儲(chǔ)器比對(duì)等的FPGA器件還少，而且它們重用的成本優(yōu)化封裝的選擇余地更小。
　　
Altera公司估計(jì)，HardCopy芯片平均要比對(duì)等的FPGA芯片運(yùn)行速度快50%，體積小70%，功耗低40%。Altera 公司產(chǎn)品功能的這種擴(kuò)展可能反映出Altera公司新任首席執(zhí)行官John Daane的影響。他曾是LSI Logic公司的副總裁。Xilinx公司不再考慮HardCopy的重要性，推出了自己的能降低成本的工具，即EasyPath。不過，不久前，Xilinx公司擁有類似HardCopy的產(chǎn)品系列，即HardWire系列，該公司也沒有泄漏他們實(shí)驗(yàn)室中正在醞釀的研究計(jì)劃。EasyPath的硅基礎(chǔ)同樣是您通常買的FPGA，但是Xilinx公司采用通常能夠?qū)е赂叱善仿实挠脩魧Ｓ昧鞒虒?duì)其進(jìn)行測(cè)試。修改后的流程不再測(cè)試芯片上沒有使用的潛在不工作的區(qū)域，并放寬通常非常嚴(yán)格的交流和直流規(guī)范，適合你設(shè)計(jì)的需要。
　　
作為生產(chǎn)FPGA的新公司，Leopard Logic公司也認(rèn)為ASIC加可編程邏輯混合電路是有前途的。該公司是為了向ASIC供應(yīng)商和硅片代工廠及其終端客戶推廣嵌入式FPGA技術(shù)而在幾年前創(chuàng)辦的。就像Actel 公司、Adaptive Silicon公司以及其他在Leopard Logic公司之前走嵌入式FPGA 道路的公司一樣，Leopard Logic公司在廣告宣傳上幾乎沒有取得成功；該公司官員們將主要責(zé)任歸咎于規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)投資者，他們停止對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）公司投資時(shí)，就造成資金短缺。Leopard Logic公司正在重新將自己改造成為無(wú)工廠的ASIC供應(yīng)商，利用自己的嵌入式FPGA技術(shù)，于2003年年底將首批產(chǎn)品投放市場(chǎng)。