标准单元ASIC和FPGA的权衡及结构化ASIC

作者：时间：2010-12-11来源：网络收藏

LSI logic公司利用其RapidChip将扩展电路发挥到极致。该公司将RapidChip 称为平台ASIC，而且目前用0.11微米和0.18 微米两种工艺来制造。LSI Logic公司希望RapidChip将能使他们重温几年前的美好时光，当时他们的用户平均每天有三个设计启动；而现在他们大约每三天才有一个新设计。LSI Logic公司开始进行占裸芯片面积很大百分比的、按应用定制的扩展式模拟、数字和存储资源的混合设计，如SRAM阵列、微处理器芯核、PLL和基于SERDES的接口（如10G以太网、光纤通道和SATA）。它用一个或多个片上门阵列ASIC阵列来补充这些专用功能，并将合成的芯片称为RapidSlice。LSI Logic公司的Extreme系列在其所包含广泛扩展的芯核产品中都是按应用定制的，In Tegrator产品在性质上更加通用。
　　
RapidChip部件反映细颗粒门阵列逻辑单元，因而支持用户定制的金属化层多达5层。从一般的RapidSlice到用户专用的RapidChip的过渡涉及到门阵列分区的数量，这分区可能具有用户设计的专有电路和获准从LSI Logic公司的CoreWare 资源库中获得的芯核。这些芯核可能是“软件”、“硬件”或“固件”知识产权（IP）。软件IP具有最好的设计布局灵活性但性能最低；具有预定义的布局布线的硬件IP处于速度对适应性关系的另一端。该公司将其称为Hard RapidReady IP ，以便与预制的扩展RapidReady芯核区别开来。固件IP是预先布局的但是没有布线，因此是介于上面两种IP之间的中间产品。LSI Logic公司声称存在一条能直截了当降低成本的途径，使RapidChip转化为可与IP兼容的标准单元 ASIC。
　　
RapidChip 程序不仅侧重于实现方程的硅部分，而且也侧重于开发工具开支，这在这个迟迟不去的高技术不景气时代尤其是个问题。

RapidChip 资源库将并入你已经拥有的各种昂贵的标准单元ASIC工具套件中；其他ASIC供应商的资源库也是以这种方式工作着。LSI Logic公司已经与Synplicity公司和Tera Systems公司合作，共同提供RapidWorx——一种集成的全面工具，它具有物理合成、RTL规则检查以及规划三种功能；RapidWorx的专利许可费是每六个月20000美元。Synplicity公司是在FPGA市场上长期占有统治地位的设计软件公司，非常熟悉用较低的每个设计席利润率换取数量大得多的设计席的业务方法。至少可以说，历来ASIC为重点的EDA供应商会发现这种转换非常困难，而且Synplicity也希望这第二次在ASIC市场上的努力将比它的Synplify ASIC 产品更加成功。Synplicity公司还宣布了与Chip Express、Lightspeed和NEC三公司建立合作关系。
　　
有些竞争对手发表了嘲笑结构化ASIC供应商的种种说法。例如Actel公司和QuickLogic公司指出他们的非熔断的FPGA具有比相同粗颗粒的结构化ASIC更好的设计与生产灵活性，而且在密度和性能上也可与之相媲美。Actel公司销售副总裁Barry Marsh还认为文化因素在结构化ASIC推销过程中起了作用：亚洲的供应商有时由于“关系”因素而被迫接收他们通常不接受的小批量业务，而结构化ASIC为他们提供了一种在可能有利可图的程度上支持这种业务的手段。
　　
没有结构化ASIC程序——或者至少没有公开宣布程序——的ASIC供应商，如IBM公司和 Toshiba公司，也想当然地贬低新公司达到其崇高目标的能力。Toshiba公司认为，因为FPGA和标准单元ASIC在业界都已得到确认，它们在成本、性能、功耗、面市时间或者其它方面的差距太小，任何一家结构化ASIC供应商都不能长久生存下来。Toshiba公司报道说，最近几年它在知识产权（IP）库、验证方法学和后端工具方面进行了大量的投资；其目标是将从市场需求到生产出产品的延续时间缩短到六个月以内。
　　
Toshiba公司声称，是布线错误而不是逻辑错误，才有必要对大多数设计进行返工，因此混合的标准单元加门阵列平台，例如该公司提供的这种平台，将会满足大多数用户的需求。Xilinx公司也对结构化ASIC厂商的前景持类似的悲观态度；Xilinx公司认为，只有它的FPGA改用先进的光刻工艺来制造，它才会否认基于后沿扩展工艺的结构化ASIC在其他方面具有的任何优点（图7）。

图7 FPGA的供应商们声称，他们不断地改进光刻技术，能抵消光刻技术落后的ASIC竞争对手的成本优势及其它优势（由Xilinx公司提供）。
　　
来自各方的响应
　　
Xilinx公司也指出，令人可疑的是，LSI Logic 公司的RapidChip在概念上与自己的Virtex-II Pro平台相似，包含有扩散的PowerPC芯核及其他电路，并用RapidChip的掩膜可编程分区取代了更加灵活的基于SRAM的可编程逻辑。其它包含有FPGA的混合芯片实例有：Altera 公司的Excalibur系列，Atmel公司的现场可编程系统级IC（FPSLIC）芯片，QuickLogic公司的嵌入式标准产品和Triscend公司的片上可配置系统）。IBM公司与Xilinx公司合作，使IBM公司可以充分利用其合作伙伴的FPGA技术；尽管IBM公司还没有宣布任何确实的合作关系的成果，但业界权威人士认为该公司计划不久将宣布其有能力在自己的标准化单元ASIC内嵌入FPGA芯核。
　　
Altera对ASIC的态度一直在演变，值得观察和分析。直到几个月前，Altera公司还像自己的主要竞争对手Xilinx公司那样对ASIC技术进行大肆批评。然而，Altera公司最近却推出了HardCopy FPGA转换平台的最新版本，目标是最新一代Stratix FPGA。成套的每年2000美元的Quartus II 第三版设计软件现在支持能直接将你的设计编译到HardCopy的引人注目的功能，因此避开了中间的Stratix步骤，事实上将Altera公司变成了结构化ASIC供应商。Altera公司销售副总裁Tim Colleran说，公司有可能考虑每年5000件以上的HardCopy业务量，并将根据用户和器件对这一数字进行修改。NRE费用大约为200000美元，并且同样适用于不同的用户、器件和批量。Altera公司能将HardCopy样品在大约8个星期后交付给您，并在大约18个星期后将产品单元交付给您。直到您收到HardCopy产品芯片为止，您才可以使用FPGA；但要记住：在某些情况下HardCopy器件具有的片上存储器比对等的FPGA器件还少，而且它们重用的成本优化封装的选择余地更小。
　　
Altera公司估计，HardCopy芯片平均要比对等的FPGA芯片运行速度快50%，体积小70%，功耗低40%。Altera 公司产品功能的这种扩展可能反映出Altera公司新任首席执行官John Daane的影响。他曾是LSI Logic公司的副总裁。Xilinx公司不再考虑HardCopy的重要性，推出了自己的能降低成本的工具，即EasyPath。不过，不久前，Xilinx公司拥有类似HardCopy的产品系列，即HardWire系列，该公司也没有泄漏他们实验室中正在酝酿的研究计划。EasyPath的硅基础同样是您通常买的FPGA，但是Xilinx公司采用通常能够导致更高成品率的用户专用流程对其进行测试。修改后的流程不再测试芯片上没有使用的潜在不工作的区域，并放宽通常非常严格的交流和直流规范，适合你设计的需要。
　　
作为生产FPGA的新公司，Leopard Logic公司也认为ASIC加可编程逻辑混合电路是有前途的。该公司是为了向ASIC供应商和硅片代工厂及其终端客户推广嵌入式FPGA技术而在几年前创办的。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 道路的公司一样，Leopard Logic公司在广告宣传上几乎没有取得成功；该公司官员们将主要责任归咎于规避风险的风险投资者，他们停止对知识产权（IP）公司投资时，就造成资金短缺。Leopard Logic公司正在重新将自己改造成为无工厂的ASIC供应商，利用自己的嵌入式FPGA技术，于2003年年底将首批产品投放市场。