Programowalny na bieżąco układ bramek (logicznych) FPGA (field programmable gate arrays) szybko staje się techniką, którą można zaadaptować nawet do wielkich systemów, co położy kres traktowaniu ich jako alternatywnych urządzeń przeznaczonych dla prototypów i małych systemów. Tymczasem ceny spadają, a narzędzia programowe są dalej rozwijane, zachęcając inżynierów do poszukiwania coraz większej elastyczności i zmieniania produktów nawet po ich pojawieniu się na rynku.
|
Narzędzia odgrywają ważną rolę
Kontynuacja rozwoju narzędzi jest podstawą opracowywania dedykowanych produktów, które można rekonfigurować. Producenci FPGA wymyślają ciągle nowe narzędzia, których zadaniem jest zwiększanie wydajności projektów.
Dostawcy są świadomi zalet dobrych narzędzi programowych. – Jednym z największych wyzwań jest to, że technologia jest mało przydatna, jeśli klient nie wie, jak zoptymalizować projekt – mówi Sandeep Vij, wiceprezes ds. światowego marketingu w firmie Xilinx.
Zaledwie w ostatnich czterech miesiącach firma Lattice Semiconductor zaprezentowała swoje własne narzędzia i ogłosiła utworzenie spółki z trzema dostawcami narzędzi. Firma Altera opublikowała ostatnio kilka projektów i przedstawiła środowisko projektowe DSPBuilder.
Niezależni producenci narzędzi również współpracują blisko z dostawcami FPGA. Na przykład firma Mentor Graphics z Wilsonville, OR, zaczyna sprzedawać narzędzia do nowej serii produktów Xilinx Virtex4. Na początku 2004 r. firma Synopsys Inc. z Mt. View, CA, wdrożyła środowisko dla projektantów FPGA, którzy będą chcieli używać ASIC. |
Kiedy producenci chipów przestawiają się na geometrię drobniejszych linii, 90 nm i poniżej, zmienia się zróżnicowanie kosztów dla FPGA. Mają więcej bramek niż ASIC, ale mniejsza geometria niweluje tę różnicę. Równocześnie rośnie koszt zaprojektowania ASIC o dużej gęstości.
– FPGA stają się tańsze, a coraz droższe staje się wyprodukowanie ASIC – mówi Tom R. Halfhill, starszy analityk w In-Stat/MDR z San Jose, CA.
CORAZ MOCNIEJSZE: Rynek bramek FPGA z cyfrowym przetwarzaniem sygnałów DSP
(Digital Signal Processing) podwoi się w najbliższych czterech latach (po lewej). Chociaż
w dalszym ciągu FPGA wypadają blado w porównaniu z ASIC (Application Specific Inte-
grated Circuit – dedykowany układ scalony), sprzedaż FPGA zwiększa się (po prawej)
Inżynierowie w wielu dziedzinach przechodzą na obszar elementów programowalnych. Dostawcy rozwiązań komunikacyjnych lubią możliwość zmian specyfikacji nawet po zainstalowaniu sprzętu w danej lokalizacji (patrz „Dobre rozwiązania w komunikacji” na stronie 24). 
Projektanci urządzeń w małych seriach, takich jak oprzyrządowanie, polegają na FPGA, aby ich klienci mogli pracować z produktami różnego rodzaju.
WYKORZYSTYWANIE MOŻLIWOŚCI ZMIENIANIA KONFIGURACJI: Zmienna natura rozwiązań komunikacyjnych napędza prawie połowę sprzedaży PGA
Firma National Instruments stosuje FPGA od 1997 roku i planuje rozszerzyć ich zastosowanie. – Zwiększa się zastosowanie LabView w FPGA, widać, że rozwiązanie dociera wszędzie – mówi Mike Santori, specjalista do spraw biznesu i technologii w NI.
Niektórzy projektanci nie uznająjuż ASIC i nie stosują ich nawet w bieżącej produkcji. – FPGA są bardziej atrakcyjne, głównie dlatego, że nasze produkty realizowane są zazwyczaj w małych seriach. ASIC nie są w rzeczywistości rozważane – mówi August Hidalgo, starszy inżynier w firmie Agilent Technologies.
ASIC w dalszym ciągu mocne
Mimo że wielu obserwatorów zauważa szybki wzrost rynku FPGA, ASIC nie znikną w najbliższym czasie. Wręcz przeciwnie, firmy takie jak AMI Semiconductor z Pocatello, ID, zarabiają całkiem sporo, zamieniając prototypowe FPGA na ASIC stosowane w bieżącej produkcji.
Obserwatorzy rynku zauważają, że ASIC oraz części standardowe dla danej aplikacji w dalszym ciągu będą miały duży udział w rynku. – Podczas gdy FPGA będą wypierać tanie ASIC z rynku, będą miały nieznaczny wpływ na rynek ASSP Pod względem ilości ASIC pozostanie królem – mówi Jeny Worchel, starszy analityk w firmie In-Stat/MDR ze Scottsdale, AZ.
Zanikanie rynku tanich produktów zwiastuje znaczące zmiany. FPGA były kiedyś stosowane głównie do prototypowania, ale obniżki cen skłaniają wielu do zastosowania ich do bieżącej produkcji. ASIC w dalszym ciągu oferują lepsze ceny dla wielkoseryjnych zastosowań, ale sytuacja zaczyna się zmieniać.
– Punkt, w którym bardziej racjonalne staje się stosowanie FPGA niż ASIC, z roku na rok przesuwa się w kierunku FPGA, chociaż gdyby sprecyzować umiejscowienie linii podziału, trzeba by przyznać, że najważniejszym czynnikiem jest ilość – mówi Halfhill.
Inna korzyścią FPGA jest to, że sprzęt można przekonfigurować w dowolnym momencie, inżynierowie mogą więc wsunąć chipy na ostatnim etapie projektu lub nawet po wypuszczeniu produktu w teren.
– W przypadku części robionych dla danej aplikacji trzeba trafić w dziesiątkę. FPGA zapewniają większą elastyczność – mówi Sandeep Vij, wiceprezes do spraw światowego marketingu w firmie Xilinx.
Nawet projektanci wojskowi, którzy bardzo się troszczą o niezawodność i nie dopuszczają do zmian, coraz częściej stosują FPGA. – Wojsko zmieniło swoje podejście, dawniej projektowali tony ASIC – mówi David Sąuires, dyrektor do spraw marketingu DSP w firmie Xilinx.
|
DOBRE ROZWIĄZANIE DLA KOMUNIKACJI Najbardziej czuły rynek dla FPGA to szybko zmieniający się rynek komunikacji. Pojawiają się nowe standardy, a użytkownicy domagają się zgodności ze stosowanymi rozwiązaniami. Sfera komunikacji przechodzi szybkie zmiany, podczas których łączą się stare technologie, a nowe standardy wchodzą na rynek. Kiedy dostawcy przechodzą od technologii bezprzewodowej drugiej generacji (2G – second generation) do generacji trzeciej (3G) i czwartej (4G), domagają się bazy, którą można łatwo i tanio modernizować. Podobnie sieci szerokopasmowe, sieci wideo pracujące w czasie rzeczywistym oraz inne aplikacje są łączone, a programowalne stacje bazowe zapewniają adaptację do nowych standardów. Wielu dostawców rozwiązań komunikacyjnych postrzega FPGAjako technologię, która umożliwia im rekonfigurowanie stacji bazowych tak, że kiedy standardy nowej generacji wejdą do sfery produkcji, będzie je można wdrożyć bez wysyłania inżynierów i techników w teren w celu zainstalowania nowego sprzętu. FPGA zapewniają możliwość przeprogramowania, co pozwala na dostosowanie urządzeń do nowych wymogów. – ASIC są wyryte w kamieniu – mówi Tom R. Halfhill, starszy analityk w firmie In-Stat/MDR z San Jose, CA. Podejście to w niektórych obszarach staje się już normą. – W Europie wszyscy producenci stacji bazowych domagają się możliwości rekonfigurowania. Nie chcą już dłużej posługiwać się ASIC – mówi Strauss. Dostawcy krzemu przyznają że zmiana dokonała się szybko. – FPGA to największa porcja silikonu obecnych stacji bazowych – mówi Richard Sevcik, członek zarządu i wiceprezes w firmie Xilinx, San Jose, CA. Kiedy producenci chipów wykorzystują drobniejszą geometrię przetwarzania, zwiększają się możliwości pojedynczych chipów. To umożliwia zastąpienie jednoliniowej karty jednostką która zawiera kilka chipów, a każdy z nich spełnia funkcje płytek poprzedniej generacji. – Zbliżamy się do punktu, w którym jesteśmy w stanie umieścić cała płytkę na jednym FPGA- mówi Mark Aaldering, dyrektor utworzonego niedawno działu wbudowanego przetwarzania. FPGA mogą się również stać siłą napędową dla utrzymania przy życiu definiowanych programowo koncepcji radiowych. Radio definiowane programowo postrzegane jest przez wielu jako prostszy, zasadniczo odmienny produkt komunikacji, dzięki zastosowaniu oprogramowania do rekonfigurowania jednostki odpowiednio do potrzeb różnych standardów, począwszy od odbiorników radiowych stosowanych przez policję i wojsko, do zestawów komórkowych. Sundance, brytyjska firma z amerykańską siedzibą w Reno, NV, wprowadziła oparty na FPGA cyfrowo-analo-gowy system zdobywania danych, przeznaczony dla programistów zajmujących się oprogramowaniem systemów radiowych. – Nasi klienci mają ciągle rosnącą potrzebę wykonywania superszyb-kich konwersji – mówi Flemming Christensen, dyrektor zarządzający w firmie Sundance.
|
Kierunek DSP
W 2003 r. dostawcy FPGA wykazywali wzmożone zainteresowane DSP. Firma Altera z San Jose, CA, pokazała we wrześniu 2004 r. wersję 2.2 swoich narzędzi programowych dla DSP, dających projektantom większe możliwości dla linii 90 nm, która weszła do sprzedaży w czerwcu 2004 r.
CORAZ MNIEJSZE ROZMIARY: Xilinx zmniejszył wielkość jądra DSP, równocześnie zwiększając jego prędkość
Firma Lattice Semiconductor Corp. z Hillsboro, OR, wprowadziła w 2004 r. serię LatticeECP-DSP, która w porównaniu z wcześniejszymi wersjami charakteryzuje się wydajnością zwiększoną o 50%. Ta seria jest przeznaczona na rynki wielkoseryjne, wrażliwe na koszty.
Firma Xilinx XtremeDSP umożliwia łączenie wielu zebranych jąder MAC (multiple accumulate cores) używanych w procesorach DSP do skomplikowanych zadań przetwarzania sygnałów, przy prędkościach większych niż spotykane w konwencjonalnych urządzeniach DSP.
– 512 MAC-ów na chipie to świetny rezultat. Największa liczba posiadanych przez Texas Instruments na jednym chipie to cztery – mówi Will Strauss, prezes firmy Forward Con-cepts z Tempe, AZ. – FPGA z możliwościami DSP często pracują jako akceleratory osiągów konwencjonalnych chipów DSP pochodzących od dostawców takich jak TI.
FPGA: Field Programmable Gate Array – FPGA – to klasa programowalnych urządzeń logicznych, zbudowanych w architekturze bramkowo-tablicowej, z macierzą bloków logicznych otoczoną peryferyjnymi blokami I/O.
|
Raport na temat rynku programowalnych chipów DSP z Forward Concepts: http://rbi.ims.ca/3857-512
Virtex-4 FPGA Ţ rmy Xilinx: http://rbi.ims.ca/3857-513 AMIS Xpress Array, strukturalne rozwiazanie ASIC zoptymalizowane dla FPGA firmy AMI Semiconductor: Dostepny w trybie online kalkulator porównujacy koszty FPGA oraz ASIC firmy Altera: |
Autor: Terry Costlow
