Cả FPGA và ASIC đều là những công nghệ đã được biết đến và đã tồn tại trong nhiều thập kỷ. Nhiều sản phẩm điện tử mà chúng ta sử dụng ngày nay đều dựa trên ASIC và nhiều sản phẩm khác dựa trên FPGA. Cả hai công nghệ đều phát triển qua từng năm và có nhiều sản phẩm mới cùng các tính năng mới thú vị. Ngày nay, FPGA có nhiều sản phẩm được cải tiến hơn so với 10 năm trước, chúng trở nên lớn hơn về số lượng cổng và ngày nay bao gồm các khối tương tự. ASIC có mật độ cổng cao hơn và mức tiêu thụ điện năng thấp hơn so với 5 năm trước, chúng phát triển nhanh hơn và có giá thành đơn vị thấp hơn.

Hướng dẫn này sẽ giúp bạn hiểu được sự khác biệt giữa FPGA và ASIC và hiểu rõ hơn cách khai thác những công nghệ mạnh mẽ đó để giúp bạn thiết kế sản phẩm tốt nhất đáp ứng được giá cả, kích thước và mức tiêu thụ điện năng.

Trước tiên, chúng ta hãy bắt đầu bằng một lời nhắc nhở nhanh về từng công nghệ: FPGA so với ASIC .

ASIC là gì?

ASIC là viết tắt của Application Specific Integrated Circuit (Mạch tích hợp ứng dụng cụ thể) và như tên gọi của nó, đây là một con chip phục vụ cho mục đích mà nó được thiết kế và không thể lập trình lại hoặc sửa đổi để thực hiện một chức năng khác hoặc thực hiện một ứng dụng khác. ASIC được thiết kế để sử dụng cho một chức năng cụ thể, chức năng này sẽ chỉ đạo cách lập trình con chip ngay từ đầu khi xem xét tính lâu dài của nó. ASIC ở khắp mọi nơi xung quanh chúng ta: trong điện thoại di động, máy tính xách tay, TV và nhiều thứ khác.

FPGA là gì?

FPGA là viết tắt của Field Programmable Gate Array và về cơ bản là một con chip có thể được lập trình và lập trình lại để phục vụ nhiều mục đích khác nhau tại bất kỳ thời điểm nào. Một con chip đơn lẻ bao gồm hàng nghìn đơn vị được gọi là khối logic được liên kết với các kết nối có thể lập trình. Do đó, FPGA là một ASIC có thể lập trình. Nó có chức năng chung có thể được lập trình theo mong muốn cụ thể. Tuy nhiên, do tính linh hoạt của nó nên nó có một số nhược điểm như độ trễ bên trong cao hơn, chi phí cao hơn và chức năng tương tự hạn chế.

So sánh FPGA với ASIC

Danh sách sau đây là sự so sánh giữa FPGA và ASIC. Rõ ràng là cả ASIC và FPGA đều vượt trội về nhiều tiêu chí và ứng dụng khác nhau. Chúng tôi đã cố gắng đề cập đến nhiều chủ đề nhất có thể, cả về mặt kỹ thuật và thương mại, nếu chúng tôi bỏ sót bất kỳ chủ đề nào, vui lòng cho chúng tôi biết.

NRE

NRE là viết tắt của Non Recurring Engineering costs, một yếu tố cực kỳ cao khi nói đến ASIC và hầu như không tồn tại trong vấn đề FPGA. Điều này có nghĩa là chi phí NRE cao hơn đối với ASIC so với FPGA nhưng tổng chi phí sẽ thấp hơn và thấp hơn khi bạn chọn số lượng lớn hơn. Mặt khác, FPGA có ít hoặc không có chi phí NRE nhưng có thể tốn kém hơn vì giá của từng đơn vị riêng lẻ cao hơn đối với FPGA so với ASIC.

Thiết kế luồng

Một phần lý do tại sao FPGA có chi phí NRE thấp và thời gian đưa ra thị trường nhanh hơn nằm ở thực tế là quy trình thiết kế của nó cực kỳ đơn giản. Khả năng lập trình lại và tính linh hoạt của chip là lý do tại sao quy trình này lại đơn giản. Tuy nhiên, ASIC là vĩnh viễn và có quy trình thiết kế phức tạp hơn FPGA. Trên thực tế, thiết kế ASIC đòi hỏi các công cụ EDA chuyên dụng rất tốn kém.

Hiệu suất và hiệu quả‍

ASIC vượt trội hơn FPGA về hiệu suất vì mức tiêu thụ điện năng thấp hơn và nhiều chức năng có thể được tích hợp vào một chip duy nhất. FPGA có cấu trúc bên trong cứng nhắc trong khi ASIC có thể được bố trí để đạt tốc độ hoặc mức tiêu thụ điện năng vượt trội.

Trị giá

Mặc dù chi phí NRE cao hơn, ASIC được coi là tiết kiệm chi phí hơn khi so sánh với FPGA, loại công nghệ chỉ tiết kiệm chi phí khi được phát triển với số lượng ít hơn.

Tiêu thụ điện năng

FPGA là một con chip tiêu thụ nhiều điện năng, khiến nó trở thành giải pháp ngốn nhiều điện năng hơn so với ASIC vốn tiêu thụ ít điện năng hơn và do đó, là giải pháp tuyệt vời cho các sản phẩm chạy bằng pin.

Kích cỡ

Một đơn vị chip FPGA sẽ tương đối lớn hơn một đơn vị chip ASIC. Bởi vì FPGA có cấu trúc bên trong và kích thước nhất định không thể thay đổi – trong khi ASIC bao gồm chính xác số lượng cổng cần thiết cho ứng dụng mong muốn.

Thời gian đưa ra thị trường

FPGA tự hào có thời gian đưa ra thị trường nhanh hơn ASIC. So với ASIC, FPGA có chu kỳ thiết kế ngắn hơn vì chúng không liên quan đến nhu cầu về bố cục hoặc quy trình back-end thường mất nhiều thời gian hơn khi phát triển ASIC. ASIC cũng phức tạp hơn và tốn thời gian hơn vì chúng cần đạt được xác minh nâng cao trong khi các thiết bị FPGA thường đã được xác minh và nội dung logic có liên quan chỉ cần được đặt vào chúng.

Cấu hình

Một trong những điểm chính phân biệt hai thực thể này, FPGA so với ASIC, là thực tế là một thực thể có thể cấu hình lại và thực thể kia là mạch cố định. ASIC là mạch cố định không thể sửa đổi sau khi đã sản xuất. Về mặt này, FPGA linh hoạt hơn nhiều và cho phép người dùng sửa đổi các bộ phận của nó ngay cả khi đang sử dụng, một tính năng khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến trong số các cá nhân và các lĩnh vực đang tìm kiếm máy tính tốc độ cao, tăng tốc, chẳng hạn như trong các trung tâm dữ liệu.

Rào cản gia nhập

Rào cản gia nhập về cơ bản được hiểu là mức độ khó khăn khi tiếp cận và bắt đầu sử dụng các công nghệ này. Khi nói đến ASIC, rào cản gia nhập khá cao khi xét đến chi phí NRE ban đầu cao, tính phức tạp của hoạt động và các khoản đầu tư cần thiết khác liên quan đến nó. Nhưng trong khi phát triển ASIC đôi khi có thể tốn tới hàng triệu đô la, phát triển FPGA có thể bắt đầu với số tiền chỉ dưới 5000 đô la, khiến đây trở thành con đường dễ dàng hơn để thực hiện xét về mặt đầu tư vốn.

Chi phí đơn vị

Khi nói đến ASIC, mặc dù chúng có thể có chi phí NRE cao, nhưng giá thành đơn vị lại tương đối thấp, một yếu tố khiến chúng phù hợp với các hoạt động sản xuất hàng loạt khối lượng lớn. FPGA có chi phí đơn vị cao hơn nhiều so với ASIC. Điều đó có nghĩa là nếu bạn muốn sử dụng chúng cho sản xuất hàng loạt khối lượng lớn, bạn sẽ phải mở rộng ngân sách của mình ở mức đáng kể để có thể trang trải chi phí.

Tần số hoạt động

FPGA có tần số hoạt động hạn chế, yếu tố này khiến chúng ta có khả năng cấu hình lại chip. ASIC có xu hướng có khả năng chạy ở tần số cao hơn so với FPGA ở cùng một nút do thực tế là nó được thiết kế để chỉ phục vụ một chức năng và không thể cấu hình để làm việc khác.

Thiết kế tương tự

Mặc dù FPGA có thể cấu hình lại nhưng chúng không thể được sử dụng để tạo ra các thiết kế tương tự như ASIC có thể sử dụng phần cứng tương tự như bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, khối RF (Bluetooth, WiFi) và nhiều thiết bị khác.

FPGA so với ASIC – Ứng dụng

Tính linh hoạt trong cấu hình của FPGA khiến nó phù hợp với các ứng dụng và thiết bị cần được sửa đổi và nâng cấp thường xuyên, trái ngược với ASIC phù hợp với các ứng dụng lâu dài hơn. Tính năng này cũng là lý do khiến FPGA trở thành lựa chọn lý tưởng cho mục đích tạo mẫu vì mạch có thể được sửa đổi nếu có lỗi hoặc cần cải thiện, điều mà không thể thực hiện được trên ASIC vì nó là vĩnh viễn. Đó là lý do tại sao FPGA thường được sử dụng để tạo mẫu ASIC trước khi chúng thực sự được sản xuất. Mặt khác, ASIC nên là lựa chọn phù hợp cho các sản phẩm khối lượng lớn nếu khả năng cấu hình là yếu tố không liên quan.

‍