關(guān)于FPGA和ASIC的區(qū)分和應(yīng)用

在數(shù)字系統(tǒng)中ASIC和FPGA本身就有太多相似的地方，如我們看到的，在圖像處理領(lǐng)域，ASIC和FPGA可以完成同樣的圖像處理任務(wù)；在通信領(lǐng)域，ASIC和FPGA可以完成相同的信道編碼、高速通信接口等任務(wù)，這樣的例子舉不勝數(shù)。ASIC設(shè)計和FPGA設(shè)計中也存在著很多的相似的地方。它們二者在功能實現(xiàn)中都采用HDL描述。乍一看，二者似乎完全相同，但二者之間又互有優(yōu)缺點。

首先說說什么是ASIC？

ASIC（ApplicationSpecific Integrated Circuit，專用集成電路）是一種應(yīng)對特定用戶和特定電子系統(tǒng)而專門設(shè)計的集成電路。因為數(shù)字系統(tǒng)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，當(dāng)大家聽到ASIC時，會默認(rèn)為其為數(shù)字IC。其實不論它是模擬或數(shù)字的，或兩者的混合，任何具有特定功能和特定用途的芯片都是一個ASIC。例如，ISP主要針對圖像處理，完成圖像噪聲去除、壞點去除、白平衡、自動曝光控制等功能。由于其定制式的設(shè)計，在設(shè)計中可以根據(jù)電路的功能和性能的要求對電路中的基本原件，如與門，或門，開關(guān)電路，觸發(fā)器等按照特定的方式排列，實現(xiàn)最小面積，最優(yōu)功耗等設(shè)計優(yōu)化，因此ASIC具有體積小、功耗低、可靠性提高、執(zhí)行速度快等優(yōu)點。有優(yōu)點當(dāng)然也有缺點，定制化的設(shè)計會使得一旦制造完成電路就固定，無法再更改。

ASIC芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

其次再看看什么是FPGA？

FPGA（Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列）本質(zhì)也是一種ASIC，是一種包括可以配置邏輯模塊、可配置連線資源的ASIC。完全由用戶通過軟件進(jìn)行配置和編程，從而完成某種特定的功能，且可以反復(fù)擦寫。由于其可配置和可編程的特點，我們當(dāng)然可以進(jìn)行編程實現(xiàn)相應(yīng)的圖像噪聲去除、壞點去除、白平衡、自動曝光控制等功能，從而采用FPGA完成同樣的圖像處理功能。其靈活性解決了定制電路的不足，在修改和升級時，不需額外地改變PCB電路板，只是在計算機(jī)上修改和更新程序，使硬件設(shè)計工作成為軟件開發(fā)工作，縮短了系統(tǒng)設(shè)計的周期，提高了實現(xiàn)的靈活性?？膳渲玫膸淼挠绊懏?dāng)然是功耗高、體積大、執(zhí)行速度和可靠性方面較差一些。

FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

從內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中可以看出FPGA芯片內(nèi)部更規(guī)整，基本單元有規(guī)律的平均分布在芯片內(nèi)部，而ASIC芯片里面基本找不到相同的地方。打個比方，ASIC芯片就好比普通住宅，每種戶型的戶內(nèi)格局與房間數(shù)不同，裝修風(fēng)格也完全不一樣；而FPGA芯片就好比一個個由廠房倉庫改建的LOFT，面積、風(fēng)格全部一致。

“哎呀，有點扯遠(yuǎn)了，下面小興就帶著大家具體看看二者區(qū)別?！?/p>

ASIC和FPGA的基本單元不一樣。ASIC內(nèi)部各個功能模塊的基本實現(xiàn)單元是與、或、非、觸發(fā)器；FPGA基本單元為邏輯單元（由于每家的縮寫不一樣，所以統(tǒng)稱邏輯單元）。一個邏輯單元包含了各種可配置單元（通過配置實現(xiàn)與、或、非邏輯）和觸發(fā)器。ASIC芯片由于基本單元顆粒更小，單位面積利用率大大高于FPGA。

ASIC基本單元示意圖

FPGA基本單元示意圖

設(shè)計流程不一樣。ASIC設(shè)計流程需從數(shù)字前端、后端甚至模擬人員，開發(fā)周期長、風(fēng)險大，而FPGA設(shè)計一個工具搞定所有問題。但是同樣帶來的問題是FPGA需要更嚴(yán)格設(shè)計規(guī)則，速度、面積、功耗等都不如ASIC效率高。

FPGA與ASIC設(shè)計流程對比

設(shè)計成本不同。ASIC芯片需要高昂的留片和封測等一次性工程費用，這就需要有一定的使用量來平攤這一成本；但從單個器件本身的角度講，具有可配置的靈活性的FPGA較ASIC成本要高。這表示在大批量生產(chǎn)時ASIC具有成本低的優(yōu)勢，F(xiàn)PGA較適合應(yīng)用使用量低的小產(chǎn)量應(yīng)用場景。

可配置性。FPGA中的FP表示了Field Programmable，即現(xiàn)場可配置。這里小興又要提到上面的例子，舊倉庫或舊廠房改建的LOFT在房屋結(jié)構(gòu)不變得條件下內(nèi)部功能可以做出翻天覆地的變化。而買了一套普通住房之后基本上只能做些敲敲打打。話說回來，F(xiàn)PGA能做到現(xiàn)場可配置，也就是說上一刻FPGA是個CPU，下一刻FPGA就變成了一個ISP。對比FPGA，ASIC的可配置性為0，所以才需要更多的人員、更多的工具去保證設(shè)計無誤。

應(yīng)用場合。ASIC芯片一旦流片功能就無法改變，基本專片專用。而FPGA可配置特性就可以應(yīng)用在功能會改變的場合，例如，原型驗證，ASIC設(shè)計過程中會使用到FPGA來進(jìn)行原型驗證；功能升級，在產(chǎn)品中采用FPGA實現(xiàn)一些業(yè)內(nèi)暫時還沒成熟的解決方案，可以在后續(xù)功能變動時方便升級。

根據(jù)上述對比，我可以看出，在大批量生產(chǎn)和使用時，ASIC由于其體積小、功耗低、可靠性高、執(zhí)行速度快等優(yōu)點較為適合使用；在一些小眾應(yīng)用場景，在沒有對應(yīng)ASIC情況下，可使用FPGA替代ASIC；同時也因為FPGA的開發(fā)速度快，對于新興產(chǎn)業(yè)，在還沒有適用ASIC情況下，可以使用FPGA替代ASIC快速占領(lǐng)市場。當(dāng)然因為二者之間的相似之處，在ASIC流片前，F(xiàn)PGA可以說是完成ASIC功能驗證的不二之選。

話說沒有對比就沒有…..，哈哈哈，沒有互相傷害了，小興我就兩者的特點給大家列出來，以方便大家可以更清楚的了解ASIC和FPGA。

先簡單介紹這么多了，隨著芯片制程工藝的不斷發(fā)展，以及應(yīng)用場景的多樣化，ASIC和FPGA在產(chǎn)品應(yīng)用中也呈現(xiàn)出多樣化的趨勢。例如，iPhone7中就已經(jīng)集成了一顆FPGA芯片，在如此大出貨量的產(chǎn)品中使用FPGA實屬少見，究其原因如何網(wǎng)絡(luò)上說法不一。這些待小興我在后續(xù)的推送中再來分析。