FPGA与ASIC：它们之间的区别以及使用哪一种？

FPGA Vs ASIC: Differences Between Them And Which One To Use?

VL82C486 Single Chip 486 System Controller ASIC.

引论

对于一个刚接触超大规模集成电路和硬件设计领域的人来说，这往往是第一个问题：FPGA、ASIC和CPLD之间有什么区别？在另一篇文章中，我们试图回答FPGA和CPLD之间的区别。本文将定义什么是FPGA，什么是ASIC，我们将试图阐明FPGA与ASIC的问题，并讨论它们之间的异同。我们将概述每种方法的优缺点，这样您就可以根据应用程序的需要明智地决定使用哪种方法。

这是一个目录，你可以很容易地导航到你感兴趣的副标题。

Content:

· What is FPGA?

· What is ASIC?

· FPGA vs ASIC comparison summary

· FPGA vs ASIC visual comparison

· FPGA vs ASIC Cost Analysis

· How to choose between FPGA or ASIC

What is FPGA?

FPGA代表现场可编程门阵列。它是一种集成电路，可以“现场”编程，按预期设计工作。这意味着它可以作为一个微处理器，或者一个加密单元，或者显卡，甚至可以同时使用这三个功能。顾名思义，FPGA是现场可编程的。因此，与半导体铸造厂不同，作为微处理器的FPGA可以重新编程，在现场充当显卡。在FPGA上运行的设计通常使用硬件描述语言（如VHDL和Verilog）创建。

FPGA是由数千个可配置逻辑块（CLB）组成的，它们嵌入在可编程互连的海洋中。CLB主要由查找表（LUT）、多路复用器和触发器组成。它们可以实现复杂的逻辑功能。除了CLB和路由互连，许多FPGA还包含用于各种功能的专用硬硅块，如块RAM、DSP块、外部存储器控制器、PLL，千兆位收发器等。最近的一个趋势是在同一个FPGA芯片内部提供一个硬硅处理器核心（如Xilinx Zynq中的ARM Cortex A9），这样处理器就可以处理日常的、非关键的任务，而FPGA可以处理用处理器无法完成的高速加速。这些专用的硬件块在与asic竞争中至关重要。

What is ASIC?

ASIC代表专用集成电路。顾名思义，asic是特定于应用程序的。它们的设计目的只有一个，它们的整个使用寿命都是一样的。例如，手机内部的CPU是一个ASIC。它的功能是作为一个CPU的整个生命周期。它的逻辑功能不能改变成其他任何东西，因为它的数字电路是由永久连接的门和硅触发器组成的。ASIC的逻辑功能以类似于FPGA的方式指定，使用硬件描述语言，如Verilog或VHDL。在这种情况下，集成电路的集成电路的数量是可配置的。作为比较，可以考虑使用乐高积木建造城堡与使用混凝土建造城堡。前者类似于FPGA，而后者类似于ASIC。你可以重复使用乐高积木创造一个不同的设计，但混凝土城堡是永久性的。

FPGA vs ASIC comparison summary

FPGA ASIC编号

1．FPGA可重构电路。FPGA可以用不同的设计进行重新配置。他们甚至有能力重新配置芯片的一部分，而芯片的其余部分仍在工作！这个特性被广泛应用于数据中心的加速计算。

ASIC永久电路。一旦特定于应用的电路用胶带固定在硅上，它就不能改变。电路在其整个工作寿命内也将同样工作。

2.FPGA设计通常使用硬件描述语言（HDL），如VHDL或Verilog。

ASIC与FPGA相同。使用Verilog、VHDL等HDL指定设计。

3.FPGA更容易进入障碍物。从FPGA开发开始，成本低至30美元。

ASIC从成本、学习曲线、与半导体制造厂的联络等方面来看，进入门槛非常高。从头开始ASIC开发可能会花费数百万美元。

4.FPGA不适合大批量生产。ASIC适合大批量生产。

5.FPGA低能量效率，同样的功能需要更多的功率。

ASIC可以在较低的功率下实现。比FPGA更省电。ASIC的功耗可以非常精确地控制和优化。

6.FPGA与同类工艺节点的专用集成电路相比，工作频率有限。布线和可配置逻辑占用了FPGA的时序裕度。

ASIC由于电路针对其特定功能进行了优化，使用同一工艺节点制造的ASIC可以比FPGA工作频率高得多。

7.FPGA不可能进行模拟设计。例如，可编程逻辑控制器（FPC）可与模拟收发器（例如，可编程逻辑控制器（PLC）等）一样。

ASIC在专用于模拟收发器的射频（RF）核心上，可以不包含许多专用的模拟收发器。这是FPGA所缺乏的优势。

8.FPGA非常适合于雷达、手机基站等应用，当前的设计可能需要升级以使用更好的算法或更好的设计。在这些应用中，FPGA的高成本并不是决定因素。

ASIC相反，可编程性是决定因素，asic绝对不适合设计可能需要频繁或偶尔升级的应用领域。

9.FPGA优先用于原型设计和验证设计或概念。许多ASIC都是用FPGA自己设计原型的！主要处理器制造商自己使用FPGA来验证他们的片上系统（SOC）。使用FPGA原型设计更容易确保设计按预期正确工作。

ASIC除非经过绝对验证，否则不建议使用ASIC对设计进行原型设计。一旦硅被贴上胶带，几乎什么也无法修复设计缺陷（例外情况也适用）。

10.FPGA设计人员一般不需要关心后端设计。所有的事情都由合成和路由工具来处理，这些工具确保设计工作如RTL代码中所述，并符合时间安排。因此，设计人员可以专注于完成RTL设计。

ASIC设计人员需要关心从RTL到重置树、时钟树、物理布局和布线、工艺节点、制造约束（DFM）、测试约束（DFT）等所有事情。通常，所述的每一个领域都由不同的专业人员处理。

FPGA vs ASIC visual comparison

根据Xilinx，ASIC vs FPGA成本分析图如上图所示。由于成本和单位价值随使用的工艺技术和时间的不同而有所不同，因此在图表中省略了成本和单位价值。ASIC有非常高的非重复性工程（NRE）成本，以百万计，而实际的每个模具成本可能是美分。就FPGA而言，不存在NRE成本。你要为实际的FPGA芯片付费，一般情况下，你可以免费获得该FPGA的软件（最高限额）。因此，由于非重复性成本的存在，ASICs的总成本开始非常高，但其斜率更平坦。也就是说，小批量的原型化asic非常昂贵，但是在大批量生产中，每版的成本变得非常低。在FPGA的情况下，IC成本相当高，因此在大批量生产中，与ASIC相比，成本变得更高。

以下是ASIC成本构成的明细：

ASIC EDA tools and training
Cost of designing
DFT cost
Cost of simulating
ASIC Masks Cost
Wafer Cost
Wafer Processing
Die Utilization
Yield & Manufacturing Loss
Packaging

与上表相比，FPGA的成本仅限于可以现货购买的IC。

How to choose between FPGA or ASIC

你想了解更多关于VLSI的硬件设计的人？那么FPGA和仿真软件最适合您。你在设计自己的产品吗？酷！问问自己目标市场是什么，预期的价格范围，功率预算，速度要求等等。能用FPGA实现吗？如果是的话，那就继续把你的想法原型化。如果没有，你可能没有其他办法，除了去ASIC。在大多数情况下，至少可以使用FPGA制作原型并验证您的想法。当你完成原型的时候，你自己就会知道你是否需要使用ASIC路由。当然，如果您的设计完全是突破性的，并且非常特殊，有着非常具体的要求（在成本、功率、速度等方面），那么您除了使用ASIC线路外别无选择。否则，FPGA可以满足大多数用例，特别是当您需要可重新配置的硬件时。

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