FPGA'lar neden bu kadar pahalı?

29

Benzer karmaşıklık, hız vb . IC'lere (ASIC'ler) kıyasla demek istiyorum. Ethernet anahtarlarını Kintex FPGA'larla karşılaştıralım (listedeki en pahalı anahtarın en ucuz Kintex kadar pahalı olduğunu unutmayın):

FPGA'lar iyi yapılandırılmış IC'lerdir (RAM'ler gibi). Kolayca ölçeklenebilir ve geliştirilebilirler.
Tasarım araçları ( Vivado , Quartus Bir FPGA fiyat desteğinin maliyeti ve araçlar hariç IC (ve gelişme) kendisinin fiyat olduğunu düşünüyorum bu yüzden, vs.), çok pahalı. (Bazı FPGA dışı satıcılar, geliştirme maliyetleri IC fiyatını içeren ücretsiz araçlar sunar.)

FPGA'lar diğer IC'lerden daha düşük miktarlarda üretiliyor mu? Veya herhangi bir teknolojik donanım var mı?

fpga

— betontalpfa
kaynak

4

Sanırım birileri doktora yapmış. Konuyla ilgili işletme bilimleri tezi. Teknik bir soru değil, elmanın portakal ile teknik karşılaştırmasını içeren daha fazla iş sorusu. Temel kural şudur: geliştirme araçları (ürünler) tüketici ürünlerinden her zaman daha pahalıdır - çeşitli nedenlerden dolayı, gelir / maliyet tahmini, pazar talebi ve rakip (işlevsel) ürünlerin mevcudiyeti.

— Anonim

7

Hiç yüksek kaliteli bir FPGA'yı ve sunduğu tüm özellikleri araştırdınız mı? Hepsini birlikte iyi yapmak ve olası etkileşimleri önceden tahmin etmek önemsiz değildir. Benzer şekilde karmaşık bir ASIC de aynı sayıdaki cehennem kadar pahalıdır, ASIC'lerin daha ucuz hale geldiği nokta, milyonlarca ülkede satıldığı zamandır. Ve karşılaştırmanız oldukça adil değil çünkü ethernet anahtarları genellikle tüm PLL ve sinyal koşullandırma ve binlerce GPIO pimi ile bir FPGA kadar karmaşıklık içermez.

— PlazmaHH

6

Ben karşılaştırmayı anlamadım. Fpga, bedene ve özelliklere bağlı olarak, 80 kuruş ile 50000 $ arasında bir maliyet. Ethernet anahtarları 20 dolardan başlıyor ve en az yüz bin dolara yükseliyor, boyut ve özelliklere bağlı olarak değişiyor.

— asdfex

2

Hem FPGA'lar hem de ethernet anahtarları ile çalışan biri olarak: neden bu iki veri noktanız?

— DonFusili

3

Sert olduğu için üzgünüm ama: "Her şeyi yapabilen bir çip sadece 1 şey yapabilen bir çipten daha pahalıdır". Bu nasıl bir soru?

— Ajan_L

60

FPGA yongaları mantık elemanları arasında hem mantık hem de programlanabilir bağlantılar içerirken, ASIC'ler yalnızca mantığı içerir.

Bir FPGA'daki "bağlantı dokusuna" ne kadar talaş alanı ayrıldığına şaşıracaksınız - bu çipin% 90'ı veya daha fazlası. Bu, FPGA'ların eşdeğer bir ASIC'in en az 10 × yonga alanını kullandığı ve yonga alanının pahalı olduğu anlamına gelir!

Belirli bir silikon gofret üzerindeki tüm işlemlerin yapılması, üzerinde ne kadar bireysel cips olursa olsun, belli bir miktar tutar. Bu nedenle, bir birinci yaklaşım için, yonga maliyeti doğrudan kendi alanı ile orantılıdır. Ancak, bundan daha kötüsünü yapan birçok faktör var. İlk olarak, daha büyük cipsler, gofrette daha az kullanılabilir alan bulunduğu anlamına gelir - gofretler yuvarlaktır, cipsler karedir ve kenarlarda çok fazla alan kaybedilir. Ve kusur yoğunlukları gofret boyunca sabit olma eğilimindedir; bu, kusur olmadan bir yonga alma olasılığının (yani "verim") yonga boyutuyla düştüğü anlamına gelir.

— Dave Tweed
kaynak

3

Kesinlikle bir ASIC bir seviyede dahili bağlantıya ihtiyaç duyacaktır. Bence FPGA, ihtiyaç duymadığınız yerlere giden bir dizi bağlantıya, kablolara ve beraberindeki anahtarlara sahip olmakla birlikte, ASIC'ler yalnızca ihtiyacınız olanlarla inşa edilir.

— user71659

1

FPGA’lar muhtemelen daha fazla test süresi gerektirir ve test süresi de ucuz değildir.

— Nick Alexeev

3

@awjlogan Modern büyük gofretlerle değil - AFAIK kullanıyorlar "adımla ve tekrarla" işlemini kullanıyorlar .

— Tom Carpenter

5

@HarrySvensson: Gönderen için Jargon Dosya tanımı nanoacre : "Bir bir birim (yaklaşık 2 mm kare). Bir terim, VLSI nanoacres'in bir zamanlar gerçek dönümlük maliyetlerle aynı değerde olması gerçeğinden kıkırdama değerini alır. tasarım ve imalat-kurulum maliyetlerinde bir rakam. " Bu çok uzun zamandır geçerliydi.

— Dave Tweed

1

Hepsi bir fabdan çıkan gerçek fiziksel ölümü söyleyip ve yaptım gerçekten de o kadar pahalı değil, her zaman büyük bir IC'nin yerleştirilen paketin bir kısmına mal olma eğiliminde olduğu beni rahatsız ediyor. Alanın gerçekten pahalı hale geldiği yer verimli. Bir gofretin kusurları vardır ve bir gofrete 100 olan IC'lerin, bir gofrete 1000'den fazla olan IC'lerden bir kusur nedeniyle başarısız olma olasılığı 10 kat daha fazla olacaktır. Bunların içine giren test ve mühendislik harcamalarından bahsetmiyorum bile. Bir FPGA retikül sınırlı olabilir, yani teknolojinin izin verdiği maksimum boyuttur,> 25mm x 25 mm iken, ortak bir IC sadece ~ 4 mm ^ 2 olacaktır.

— Edgar Brown

21

Başka bir önemli maliyet faktörü de doğrulamadır.

FPGA'ların satıştan önce ayrı ayrı test edilmesi gerekir. Bu kısmen, binlerce ila birkaç milyon arasında yönlendirme bağlantısının ve mantık hücrelerinin işlevsel olmasını sağlamak içindir. Bununla birlikte doğrulama, silikonun ne kadar hızlı çalışabileceğini ve çok sayıda ara bağlantı ve hücrenin hız ve yayılma gecikmelerinin derecesinin zamanlama modelleriyle uygun şekilde eşleştirildiğini belirleyen karakterizasyonu ve hız dereceli kazanmayı da içerir.

ASIC tasarımları için testler genellikle daha kolaydır - evet-hayır, tasarım beklendiği gibi çalışır. Bu nedenle, doğrulama için gereken zaman muhtemelen çok daha azdır ve dolayısıyla daha ucuzdur.

— Tom Carpenter
kaynak

1

ASIC'ler genellikle bir tarama zinciri ile test edilir. Bunun FPGA'lar için neden mümkün olmayacağına dair hiçbir neden göremiyorum. Ayrıca farklı sıcaklıklarda ayrı ayrı kalibre edilmiş ve test edilmiş ASIC'ler de var ve bunlar hala birkaç dolara satılıyor.

— Michael,

2

Bir ASIC ile, doğru işlem zaten tanımlanmıştır - bir FPGA ile, bunun (kullanıcı) nasıl tanımlandığına göre doğru şekilde çalışması gerekir ....

— rackandboneman

ASICS ve diğer yongaların tümü test edildi ve sık sık hız için ayarlandı. Bir FPGA'nın diğer çip türlerine kıyasla bir test tezgahında ne kadar süre kalması gerektiğine dair kaba rakamlar bile üretebilirse bunu geçerli bir argüman olarak kabul ediyorum. Sezgim, daha uzun testlere ihtiyaç duyulsa bile, üretim sürecinin geri kalanının büyük olasılıkla üretim maliyetlerine katkı açısından baskın olduğu yönünde. Verimliliği sürdürmek için, daha uzun bireysel test sürelerini dengelemek için daha büyük bir test hattına ihtiyaç duyabilirler, ancak üretim sürecinin küçük bir kısmı şüpheci kalmam ...

— J ...

@rackandboneman Bir FPGA için doğru işlem de tanımlanmıştır. Her mantık elemanını ve ara bağlantıyı ayrı ayrı test edebilirler. Söylediğiniz şey, CPU'ların test edilemeyeceğini söylemek gibi bir şey olacaktır, çünkü üzerinde çalışan yazılımın ne olduğuna bakılmaksızın doğru çalışması gerekir.

— kullanıcı253751

13

Genellikle göz ardı edilen, süreç teknolojisi olan bir (daha fazla) önemli nokta vardır.

Yüksek pazar payına sahip FPGA'lar son teknoloji ile üretilmektedir. Daha açık olmak gerekirse, Kintex-7 FPGA'lar TSMC 28nm işlemine sahiptir ve sevkiyatı 2011'de başlamıştır ^[1] . TSMC aynı yıl 28nm'lik seri üretime başlamıştı ^[2] .

[1] Xilinx ilk 28nm Kintex-7 FPGA'larını piyasaya sürdü (By Clive Maxfield, 03.21.11)

[2] Chang şunları söyledi: "28 nmimiz geçen yıl hacimli üretime girdi ve 4Ç11'in gofret gelirinin yüzde 2'sine katkıda bulundu."

Ethernet anahtarlarının işlemini bilmiyorum, ancak ASIC tasarım şirketlerinin çoğu en son teknolojiyi takip etmiyor. Dökümhaneler için de bir anlam ifade etmiyor.

Aşağıdaki tablo TSMC'nin teknolojiye göre kazancını göstermektedir ( 1Ç18 ). 2018'de bile, gelirin% 39'u 28nm'den daha eski teknolojilerden geliyor. Cips sayısını düşünürsek, bugün ASIC'lerin yarısından fazlasının 7 yaşındaki Kintex-7'den daha eski teknolojilerle üretildiğini hayal etmek zor değil.

Sonuç olarak, süreç teknolojisi, FPGA'ları daha pahalı yapan faktörlerden biridir. Baskın bir faktör olduğunu iddia etmiyorum, ancak dikkate alınması gereken kadar önemli.

— ahmedus
kaynak

Artix-7 hangi süreci yaratıyor?

— iBug

@iBug Kintex-7 ile aynı.

— ahmedus

3

Bir uzuv üzerinde çıkacağım ve bunun basit arz ve talebin hakim olduğunu söyleyeceğim. Ethernet anahtarları, devasa ölçek ekonomileriyle seri üretilir ve çok yaygın olarak kullanılmayan çiplere göre indirimlerle satılır. FPGA'lar, ethernet anahtarları olarak neredeyse hiç kullanılmadıklarını ve geliştirme ve altyapı maliyetlerinin daha az müşteriye yayıldığı için daha pahalı olduklarını söyleyebilirim.

Bu, süreç ya da kalıp boyutu ya da onun gibi bir şeyle ilgili değildir. Xilinx Virtex-7'yi göz önünde bulundurun (yalnızca bunun için daha kolay veri bulabildiğim için) ve birkaç çağdaşla karşılaştıralım:

Virtex7 (2011), 28nm, ~ 6.8 milyar transistör, 2500USD (popüler modeller) ila 35.000USD (yüksek son modeller)
NVIDIA Kepler GK110 (2012), 28nm, ~ 7.1 milyar transistör, Tesla K20 kartları piyasaya sürüldü ~ 3200USD
XBoxOne SOC (2013), 28nm, ~ 5 milyar transistör, piyasaya sürülen tüm XBox için 499 ABD doları
Xeon E5-2699 v3 [18 çekirdek] (2014), 22nm, ~ 5.6 milyar transistör, ~ 4500USD

Bu yüzden genel olarak Virtex FPGA, benzer bir transistör sayısı, üretimi ve satış hacminin diğer silikonuna kıyasla makul fiyatlı (daha popüler modeller) görünüyor. XBox SOC, tüketici cihazlarında yaygın şekilde kullanılan bir şey olarak ortaya çıkıyor ve maliyet de aynı şekilde daha düşük.

NVIDIA'nın hesap makinesi GK110, oyun kartlarında ortaya çıkan benzer tüketici fişlerinden çok daha az yaygın bir şekilde kullanıldı ve mimari benzerlikler ve fişlerin aynı fabrikada yapılmasına rağmen benzer şekilde daha pahalıydı.

Virtex yongalarına gelince, 2500 dolarlık yonganın karmaşıklığı ile 35000 dolarlık yonga arasındaki fark 10 kat daha fazla değil.

Pazar bununla dolu. Yüz milyonunuzu satabileceğiniz her şey, belki de yüzbinlerce satabileceğiniz bir şeyden daha ucuza gelir.

— J ...
kaynak

Digikey'den veya 35.000 $ fiyatına, gerçek miktar fiyatlandırmasının doğru bir temsili olmak için güvenebileceğinize inanmıyorum. Muhtemelen 5k $ 'a yakın ... lansmanında ...

— ks0ze

1

Bunun ne kadar doğru olduğundan emin değilim, ancak Xbox gibi konsolların genellikle bir kayıp veya maliyetle satıldığına ve farkın oyun satışlarıyla telafi edildiğine inanıyordum.

— Éliette

@ ks0ze, çok az sayıda müşteri gerçekten çok büyük miktarlarda 35.000 $ cips satın alıyor (10k / ay veya daha fazla). Ve son defa Xilinx'ten satın almam gerektiğine göre, sadece dağıtım yoluyla sattıklarını iddia ettiler (bilmediğim birimler satın alırken bunun gerçekten doğru olup olmadığı).

— Foton

Bununla birlikte, birkaç 100 parçadan daha fazlasını istiyorsanız, kesinlikle distribütörü arayabilir ve daha iyi bir fiyat için pazarlık yapabilirsiniz.

— Foton

@ ks0ze Bu Xilinx'ten gelen gerçek kitap fiyatıdır. Eğer sadece bir kaçını istiyorsan, muhtemelen ödeyeceğin şey budur. Xilinx fiyatları ile zor durumda, ama çok satın alırsanız pazarlık yapabilirsiniz, evet. FPGA'ların, istikrarlı bir fiyat yapısına sahip olacak kadar büyük miktarlarda alınıp satılmadığı dışında bize bir şey söyleyeceğini sanmıyorum. Örneğin, Intel CPU'ları gibi yüksek hacimli ürünlerde alacağınız toplu indirim marjlarını düşünün. Belki yüzde birkaç, ama bu fiyat çok fazla hareket etmiyor. Tüm bu cevabın noktası olan ethernet anahtarları ve XBox'larla aynı.

— J ...