ASIC와 FPGA의 주요 차이점 이해

개요

이 땅에 사는 것처럼 집적 회로 기술이 변화함에 따라 ASIC과 FPGA(Application Specific Integrated Circuit 및 Field Programmable Gate Array)의 차이점을 이해하는 것은 올바른 설계 결정을 내리는 데 필수적입니다. 각 기술에는 고유한 성능, 비용 및 유연성의 이점과 제약이 있어 산업 전반에 걸쳐 응용 프로그램을 추진합니다. 이 기사에서는 ASIC을 가장 잘 활용할 수 있는 주요 특성, 이점 및 사용 사례를 살펴보겠습니다. FPGA 다음 프로젝트에서는요.

ASIC이란 무엇입니까?

그들은 전문화되어 있습니다 반도체 특수 목적 작업에 사용되는 장치입니다. 하나의 작업을 수행하는 대신 여러 기능을 수행합니다. CPU 또는 GPU, ASIC는 더 나은 성능을 제공합니다. 전력을 덜 사용하고 더 빠르게 작동합니다. 그래서 ASIC는 높은 볼륨 스마트폰과 같은 제품이나 라우터ASIC을 사용하면 장치 효율성과 공간 요구 사항이 획기적으로 줄어듭니다.

ASIC의 유형은 다음과 같습니다.

• 전체 맞춤형 – 이들은 완전히 처음부터 설계되었습니다. 모든 세부 사항을 제어하여 최상의 성능과 전력 효율성을 제공합니다. 정확하게 최적화된 작업에 이상적입니다.
• 세미커스텀 – 사전 설계된 블록 또는 IP 코어를 사용합니다. 이러한 블록은 사용자 정의가 가능합니다. 전체 사용자 정의 설계에 비해 시간과 비용을 절약합니다. 하지만 다른 블록만큼 강력하지는 않습니다.
• 게이트 어레이 – 가장 낮은 수준의 사용자 정의가 가능합니다. 표준 실리콘 레이어로 시작하며 연결만 수정합니다. 생산하기 쉽지만 기능이 제한됩니다. 더 간단한 애플리케이션을 찾을 수 있습니다.
• 표준 셀 – 게이트 어레이보다 더 많은 사용자 정의를 제공합니다. 사전 제작된 라이브러리 블록으로 구축되어 사용자가 조정할 수 있습니다. 마스크 레이어를 사용자 정의하여 필요한 기능을 만들 수 있습니다.

FPGA란 무엇입니까?

이들은 원하는 대로 재프로그래밍할 수 있는 반도체 장치입니다. FPGA는 ASIC과 다릅니다. ASIC은 한 가지 작업을 하도록 설정되어 있는 반면, FPGA는 필요에 따라 작업을 변경할 수 있습니다. 이것의 가장 놀라운 점은 설계를 빠르게 테스트하고 조정할 수 있다는 것입니다. FPGA에는 설계할 수 있는 사용자 정의 회로 블록이 있습니다. 간단한 논리, 시스템 또는 복잡한 처리 시스템의 경우 원하는 것을 설계할 수 있습니다. 일부는 프로그래밍이 가능하며 이러한 블록은 경로를 통해 연결되어 대형 회로를 형성합니다.

FPGA의 유형은 다음과 같습니다.

• 대칭 - 논리 블록의 행과 열이 있습니다. 각 블록은 유연한 사용을 위해 다른 블록과 연결됩니다. 입력/출력 블록은 이러한 행을 둘러싸고 기능을 추가합니다. 이 레이아웃 단순하고 균형 잡힌 디자인에 적합합니다.
• 행 기반 – 이것은 논리 블록과 상호 연결의 교대 행입니다. 입력/출력 블록은 FPGA의 가장자리에 줄지어 있습니다. 이 구조는 간단하고 체계적인 회로에 효율적입니다. 기본적인 안정적인 레이아웃을 얻을 수 있습니다. 디지털 기능.
• 계층적 PLD – 논리 블록과 상호연결이 있는 계층적 레이아웃을 갖추세요. 각 블록에는 기능적 요소가 포함되어 있어 복잡한 설계가 가능합니다. 이 레이아웃은 간단한 기능과 고급 기능이 모두 있는 프로젝트에 적합합니다.
• SRAM 기반 – 정적 RAM은 이러한 구성을 보관하는 데 사용됩니다. 전원이 꺼질 때마다 데이터가 손실되고 재구성이 필요합니다. 그러나 이러한 구성에는 외부 메모리가 필요하며 재프로그래밍 가능한 프로젝트에 이상적입니다.
• 플래시 기반 – 비휘발성 플래시 메모리를 사용하여 설정을 저장합니다. 전원이 없어도 구성을 유지하므로 외부 메모리가 필요 없습니다. 그러나 제한된 횟수로만 재프로그래밍할 수 있습니다.
• 안티퓨즈 기반 – 이것들은 FPGA입니다 프로그램 단 한 번만. 전원이 꺼져도 설정을 유지합니다. 따라서 안정적이고 변경되지 않는 애플리케이션에 완벽합니다.

ASIC 대 FPGA의 장단점

ASIC(응용프로그램별 집적회로)

디자인 과정

ASIC 설계 프로세스에는 주요 단계가 있습니다. 사양 단계는 시스템 요구 사항을 정의하는 것으로 시작합니다. 여기에는 예상되는 기능, 성능 및 전력 제한이 포함됩니다. 다음은 이러한 요구 사항을 작업 레이아웃으로 변환하는 설계 단계입니다. 또한 면적, 전력 및 성능에 최적화됩니다. 나중에 설계가 예상대로 작동하는지 확인하는 검증 단계가 있습니다. 마지막으로 최종 칩이 모두 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 테스트합니다. 전반적으로 해야 할 중요한 한 가지 사항은 ASIC를 구축하는 데 투자할 가치가 있는지 평가하는 것입니다. 타당성 연구는 설계가 가능하고 비용 효율적이라는 확인을 위해 사용됩니다.

장점

• 더 빠른 성능

특정 작업을 위해 ASIC은 성능을 높이기 위해 제작되었습니다. CPU와 같은 일반적인 프로세서보다 훨씬 빠릅니다. 그리고 맞춤형 설계를 통해 최대 속도와 효율성을 얻습니다. 따라서 수요가 많은 애플리케이션에 완벽합니다.

• 효율적인 에너지

이들은 맞춤 제작되어 전력 소모가 적습니다. 이들은 그렇지 않으면 불필요한 구성 요소를 제거하여 에너지를 절약합니다. 이것은 중요합니다. 배터리 스마트폰과 같은 전원 장치. 전력은 덜 사용하지만 성능은 더 높아집니다.

• 컴팩트 한 디자인

일반 프로세서가 더 크기 때문에 ASIC을 더 작게 만들 수 있습니다. 이것의 장점은 작고 멋지며 좁은 공간에 잘 맞는다는 것입니다. 소형 PCB 더 작은 크기에서는 열이 적고 냉각이 더 좋습니다. 이동 중에 사용하거나 칩에 내장된 시스템에 사용하기에 완벽합니다.

• 디자인 보안

표준 칩은 사용자 정의 ASIC만큼 설계에 대한 좋은 보호를 제공하지 못합니다. 하드웨어 자체에서 특정 사항을 구축하여 역엔지니어링을 차단합니다. 지적 재산을 안전하고 안전하게 보호합니다.

• 대량 생산에 적합한 저렴한 가격

처음에는 비쌀 수 있지만 ASIC은 시간이 지남에 따라 점점 더 저렴해집니다. 손익분기점에 가까워질수록 모든 단위가 더 저렴해집니다. 또한 대량 생산에도 경제적입니다.

• 하나의 기기에 다양한 기능 탑재

ASIC은 하나의 칩 안에 여러 기능을 포함합니다. 설계를 더 단순하게 만들고 필요한 추가 부품을 줄입니다. 비용을 낮추고, 시스템을 단순화하고, 더 큰 시스템 안정성을 제공합니다.

단점

• 높은 초기 비용

ASIC을 만드는 것은 처음에는 매우 비쌉니다. 돈이 드는 도구, 엔지니어링 지원이 필요하고 제조를 설정해야 합니다. 이 비용은 소규모 기업에는 너무 비쌀 수 있습니다. 예산이 부족한 프로젝트의 경우 이상적이지 않습니다.

• 긴 개발 프로세스

ASIC을 만드는 데는 꽤 많은 시간이 걸립니다. 설계하는 데 몇 달 또는 몇 년이 걸릴 수 있습니다. 이러한 지연은 빠른 제품 출시를 요구하는 산업에 좋지 않을 수 있습니다.

• 제한된 유연성

ASIC을 만든 후에는 변경할 수 없습니다. 나중에 요구 사항이 변경되면 새로운 디자인이 필요합니다. ASIC은 진화하는 요구 사항에 대한 적응력이 떨어집니다. 유연한 솔루션이 아니라 고정된 솔루션입니다.

• 구식이 될 위험

기술이 너무 빨리 발전한다면 ASIC은 빠르게 구식이 될 수 있습니다. 때로는 디자인에 투자만 하고 나중에는 중요하지 않게 되는 경우가 있습니다. 최악의 경우, 시장에 출시하기도 전에 투자한 것이 가치가 떨어지기 때문에 매우 위험할 수 있습니다.

• 복잡한 디자인

많은 전문성이 필요합니다. 그것은 어렵고 전문적인 지식이 필요합니다. 하지만 개발자에게 이 기술이 없다면 맞춤형 솔루션을 구축하기 어려울 수 있습니다. 많은 사람들에게 디자인 프로세스는 장애물이 될 수 있습니다.

• 제조 과제 및 신뢰성

ASIC을 만드는 것은 섬세하고 정밀한 과정입니다. 결함이나 성능 저하가 제조 문제의 결과입니다. 이러한 문제로 인해 프로젝트의 비용과 위험이 증가합니다. 신뢰성이 있는 생산에서 문제가 발생할 수 있습니다.

FPGA(현장 프로그래밍 가능 게이트 어레이)

디자인 과정

FPGA 설계 프로세스는 유연하여 진행 중에 테스트하고 조정할 수 있습니다. 먼저 성능 및 전력 제한과 같은 시스템 요구 사항을 정의합니다. 다음으로 이 회로를 디지털로 설계합니다. HDL 코드 or 개략도 도구. 코드는 FPGA의 리소스 매칭 게이트 레벨 넷리스트로 변환됩니다. 그런 다음 배치 및 경로는 논리 요소를 할당하고 연결을 최적화합니다. 설계를 시뮬레이션하여 설계대로 작동하는지 확인합니다. 비트스트림은 FPGA에 로드됩니다. 나중에 다시 프로그래밍할 수 있으므로 이제 유연성과 쉬운 업데이트가 있습니다.

장점

• 유연한 설계 옵션

FPGA를 사용할 때 사용할 수 있는 광범위한 기능을 통해 생산 후에 변경할 수 있습니다. 다른 기능을 위해 재프로그래밍할 수 있습니다. 프로토 타입 다양한 크기로 제공되기 때문입니다. 언제든지 디자인을 업데이트하는 것도 쉽습니다.

• 더 빠른 제품 출시

또한 설계 속도가 빨라집니다. 여러 제조 단계에 의존하지 않습니다. 이를 통해 제품을 더 빨리 출시할 수 있습니다. 즉, 더 빨리 출시하고 경쟁자보다 앞서 나갈 수 있습니다.

• 초기 개발 비용 절감

ASIC보다 저렴하게 설계되었습니다. 저렴한 비용의 설계를 가지고 있으며 PCB 제조 비용. 따라서 저예산에게는 좋은 솔루션이 됩니다.

• 현장에서의 간편한 업그레이드

설치 후 재프로그래밍이 가능합니다. 하드웨어를 교체하지 않고도 업데이트할 수 있습니다. 유지 관리 비용을 절감하는 데 도움이 됩니다. 하지만 시스템이 더 오랫동안 최신 상태로 유지됩니다.

• 한 번에 여러 작업을 처리하는 기능

많은 동시 작업을 처리할 수 있습니다. 병렬 처리로 인해 빠릅니다. 신호 및 이미지 프로세스와 같은 복잡한 작업의 경우, 이들은 절대적으로 훌륭합니다.

• 새로운 기술에 쉽게 적응 가능

새로운 기술을 환영하는 데 유연합니다. 새로운 표준에 맞게 프로그래밍할 수 있습니다. 미래에 대비할 수 있습니다. 새로운 기술이 나오면 기기를 교체할 필요가 없습니다.

• 구식이 되는 위험 감소

이 모든 것이 빨리 오래되지 않습니다. 새로운 기능을 추가할 수 있습니다. 따라서 기술을 더 오래 최신 상태로 유지할 수 있습니다. 빨리 노후화될까 봐 걱정할 필요가 없습니다.

단점

• 성능 저하

ASIC보다 느립니다. 하나의 작업에만 집중하지 않습니다. 고속 애플리케이션, 덜 효율적입니다. 눈에 띄는 까다로운 작업은 성과가 낮습니다.

• 더 많은 전력 사용

ASIC보다 더 많은 전력이 사용됩니다. 프로그래밍 가능한 기능으로 인해 에너지 효율성이 낮습니다. 배터리로 구동되는 장치의 경우 이는 문제가 될 수 있습니다. FPGA는 예상보다 더 많은 전력이 필요합니다.

• 더 큰 크기

ASIC보다 큽니다. 그래도 프로그래밍 가능한 부분에는 추가 공간이 필요합니다. 이는 컴팩트한 공간에는 문제가 됩니다. FPGA는 더 작은 장치에 맞지 않을 수 있습니다.

• 단위당 더 높은 비용

ASIC보다 단위당 더 비쌌습니다. 프로그래밍에 필요한 추가 리소스 때문입니다. ASIC은 대량 생산에 더 저렴합니다. 대량 배치의 경우 FPGA는 비쌀 수 있습니다.

• 복합 디자인

디자인이 복잡해서 특별한 것이 필요할 겁니다. 프로그래밍 기술, 그리고 특수 프로그래밍 도구. 경험이 없다면 매우 어렵습니다. FPGA를 설계하려면 시간과 지식이 필요합니다.

• 제한된 자원

그들은 제한된 수의 논리 블록 그리고 버스 연결. 하지만 이것은 당신의 디자인 크기와 복잡성을 제한할 수 있습니다. 당신은 여러 개 또는 더 큰 것을 사용해야 합니다.

ASIC 대 FPGA 비교

ASIC와 FPGA 중에서 선택하기 전에 고려해야 할 요소

음량

생산량을 생각해보세요. 많은 단위를 만든다면 ASIC이 보통 더 저렴합니다. 대량 생산의 경우 칩당 비용이 훨씬 낮기 때문에 좋은 선택입니다. FPGA는 유연한 솔루션이 필요한 소규모 프로젝트를 위한 것입니다. 따라서 이것은 선택할 때 고려해야 할 결정적인 요소 중 하나입니다.

사용자 정의 및 통합

ASIC을 사용하면 설계 제어가 더 커집니다. 즉, 필요에 따라 정확히 맞춤 제작할 수 있습니다. 정확히 올바른 칩이 필요한 애플리케이션의 경우 ASIC을 사용하세요. 그러나 FPGA는 유연하지만 맞춤형은 아닙니다.

효율성:

ASIC이 더 많은 효율성을 제공함에 따라 추세가 유리합니다. 이 제품은 그 목적을 위해 제작되었습니다. 이 FPGA는 더 유연하지만 효율성은 떨어집니다. 하지만 최고의 성능이 필요한 경우에만 ASIC이 더 좋습니다.

예산 및 출시 시간

ASIC은 저렴하지만 대량으로 생산됩니다. 하지만 선불금과 시간이 더 많이 듭니다. 하지만 처음에는 FPGA가 더 빠르고 개발 비용이 저렴합니다. 예산이나 시간이 촉박하다면 FPGA가 더 나을 수 있습니다.

ASIC을 사용하는 경우

장기 비용을 절감해야 한다면 ASIC이 좋은 선택입니다. 초기 비용이 높지만 대량 생산에 더 경제적입니다. 많은 단위를 만들 것으로 예상하는 경우 ASIC이 더 수익성 있는 투자가 될 것입니다. 게다가 ASIC은 특정 작업에 맞게 더 효율적이고 성능이 뛰어납니다. 낭비되는 공간은 사라지고, 낭비되는 전력은 사라지고, 낭비되는 기능은 사라지고, 훨씬 더 맞춤화되고 효율적인 칩으로 전력을 얻습니다.

FPGA를 사용하는 경우

ASIC에는 많은 장점이 있지만 FPGA를 사용할 때도 있습니다. FPGA는 다시 재프로그래밍해야 하는 경우에 좋습니다. 또한 대량 생산을 시작하기 전에 프로토타입을 만드는 데도 효과적입니다. FPGA는 출시 시간을 단축하는 더 빠른 경로가 될 수 있습니다.

ASIC 대 FPGA에 대한 자주 묻는 질문

• 왜 FPGA는 인기가 없나?

FPGA가 그렇게 인기가 없는 이유는 비용이 더 많이 들기 때문입니다. 하지만 더 많은 실리콘과 논리 게이트가 필요하기 때문에 비쌉니다. 또한 더 많은 전력을 소모합니다. 그래서 생산 비용은 여전히 ​​높고 FPGA는 마이크로컨트롤러만큼 많이 사용되지 않습니다. 더욱이, 숙련된 프로그래머가 필요하므로 비용도 더 높아집니다.

• ASIC은 CPU인가요?

아니요, ASIC은 CPU가 아닙니다. ASIC은 특정 작업을 위해 제작되었습니다. CPU는 한 번에 여러 가지 일을 할 수 있습니다. CPU는 작업에 더 강력하지만 ASIC은 한 가지 작업에 더 빠릅니다. CPU는 범용이고 ASIC은 특정 애플리케이션에 맞게 맞춤 제작됩니다.

• ASIC과 FPGA Flow의 차이점은 무엇인가요?

기본적으로 매우 간단합니다. ASIC은 한 가지 작업을 하도록 제조됩니다. FPGA는 재프로그래밍할 수 있는 유연한 칩을 의미합니다. ASIC은 맞춤 설계된 하드웨어인 반면 FPGA는 다목적 하드웨어입니다.

맺음말

이 PCB톡 블로그는 ASIC 대 FPGA 기술을 비교했고, 고유한 특성, 장점 및 단점은 무엇인지 설명했습니다. 성능, 전력 소비, 비용 및 설계 유연성과 같은 요소를 살펴보면 자신의 특정 요구 사항과 목표를 고려할 때 다음 프로젝트에 더 적합한 옵션이 무엇인지 파악하는 데 도움이 됩니다.