Чому FPGA такі дорогі?

29

Я маю на увазі порівняно з ІС (ASIC) з подібною складністю, швидкістю і т. Д. Порівняймо перемикачі Ethernet з FPGA Kintex (зауважимо, що найдорожчий комутатор зі списку приблизно такий же дорогий, як і найдешевший Kintex):

FPGA - це добре структуровані ІС (як і ОЗУ). Їх можна легко масштабувати і розвивати.
Інструменти дизайну ( Vivado , Quartus тощо) теж дорогі, тому я думаю, що ціна FPGA - це ціна ІС (та розробки), виключаючи витрати на підтримку та інструменти. (Деякі постачальники, які не є FPGA, надають безкоштовні інструменти, вартість розробки включає ціну IC.)

Чи виробляються ПЛІС у менших кількостях, ніж інші ІМС? Або є якісь технологічні джгути?

fpga

— betontalpfa
джерело

4

Я думаю, хтось зробив доктор філософії. дисертація з ділової науки з даної теми. Це не технічне питання, це більше бізнес-питання, яке стосується технічного порівняння яблук з апельсинами. Головне правило - інструменти розробки (продукти) завжди дорожчі, ніж споживчі товари - з різних причин, через оцінку доходу / витрат, попиту на ринку та наявність конкуруючих (функціональних) товарів.

— Анонім

7

Ви коли-небудь заглядали в FPGA високого класу та всі функції, які він пропонує? Далеко не банально, щоб змусити всіх працювати разом і передбачити можливі взаємодії. Аналогічно складний ASIC також дорогий як пекло в однакових цифрах, точка, коли ASIC стають дешевшими, коли продаються на багато мільйонів. І ваше порівняння є досить несправедливим, оскільки комутатори Ethernet, як правило, не містять такої ж складної складності, як FPGA з усіма PLL-сигналами та кондиціонуванням сигналу та тисячами GPIO-штифтів.

— ПлазмаHH

6

Я не отримую порівняння. Fpga коштувала від 80 центів до 50000 доларів - залежно від розміру та особливостей. Комутатори Ethernet починаються від 20 доларів і піднімаються щонайменше до півсотні тисяч доларів, що залежить від розміру та особливостей.

— asdfex

2

Як хтось, хто працює як з FPGA, так і з мережевими комутаторами: чому це ваші дві точки даних?

— ДонФусілі

3

Вибачте, що є суворим, але: "Мікросхема, яка може робити все, є дорожчою, ніж чіп, який може робити лише 1 річ". Як це навіть питання?

— Agent_L

60

Фішки FPGA включають як логічні, так і програмовані з'єднання між логічними елементами, тоді як ASIC включають лише логіку.

Ви були б вражені тим, скільки області мікросхем присвячено "тканині підключення" в FPGA - це легко 90% або більше чіпа. Це означає, що FPGA використовують принаймні 10 × площу мікросхеми еквівалентної ASIC, а область чіпів дорога!

Виконати всю обробку на заданій кремнієвій пластині коштує певну суму, незалежно від того, скільки окремих чіпів на ній. Тому, до першого наближення, вартість чіпа прямо пропорційна його площі. Однак є кілька факторів, які роблять це гірше. По-перше, більші чіпси означають, що на пластинах є менше корисних майданчиків для початку - вафлі круглі, чіпси квадратні, а велика площа втрачається по краях. А щільність дефектів, як правило, є постійною по всій пластині, що означає, що ймовірність отримати чіп без дефекту (тобто "вихід") знижується з розміром чіпа.

— Дейв Твід
джерело

3

Безумовно, ASIC потребує певного рівня внутрішнього зв'язку. Я думаю, ви маєте на увазі, що у FPGA є безліч підключень, проводів та супровідних комутаторів, які проходять у місцях, які вам не обов’язково потрібні, тоді як ASIC побудовані лише з тих, що вам потрібні.

— користувач71659

1

FPGA, ймовірно, вимагають більше часу для тестування, і час тестування теж не дешевий.

— Нік Алексєєв

3

@awjlogan Не з сучасними величезними вафлями - AFAIK вони використовують процес " крокуй і повтори" .

— Том Карпентер

5

@HarrySvensson: З визначення файлу Jargon для наноакреа : "Одиниця (близько 2 мм квадрат) нерухомості на мікросхемі VLSI. Термін отримує своє значення хихикання від того, що наноакріси VLSI мають витрати в тому ж діапазоні, що і реальні акри один раз одна цифра, що стосується витрат на дизайн та виготовлення. " Це вірно дуже давно.

— Трейд Дейв

1

Все сказане та зроблене фактичне фізичне вмирання, яке виходить з камери, насправді не таке вже й дороге, мене завжди турбує, що великий ІК прагне долі частини пакету, який вони складають. Там, де площа стає дійсно дорогою, це приносить дохід. У вафельних виробів є дефекти, а ІС, які мають 100 вафельних виробів, в 10 разів більше шансів вийти з ладу через дефект, ніж ІМС, які мають 1000 пластин. Не кажучи вже про зайві витрати на випробування та інженерії, які входять у них. FPGA може бути обмеженою сіткою, тобто максимальний розмір, дозволений технологією,> 25 мм x 25 мм, тоді як загальний ІС буде лише ~ 4 мм ^ 2.

— Едгар Браун

21

Ще одним ключовим фактором вартості є перевірка.

Перед продажем FPGA повинні проходити індивідуальну перевірку. Почасти це забезпечує те, що всі тисячі до кількох мільйонів маршрутизаційних взаємозв'язків та логічних комірок функціонують. Проте перевірка також включає характеристику та скорочення класів швидкості - визначення швидкості дії кремнію та затримки швидкості та розповсюдження всіх безлічі взаємозв'язків та комірок відповідно до моделей часу для його класу.

Для проектів ASIC тестування, як правило, простіше - так, ні, дизайн виконує, як очікувалося. Тому такий час, необхідний для перевірки, набагато менший, а значить, дешевший.

— Том Карпентер
джерело

1

ASIC, як правило, тестуються за допомогою ланцюга сканування. Я не бачу причини, чому це не було б можливим для FPGA. Є також ASIC, які індивідуально калібруються і перевіряються при різних температурах, і вони все ще продаються за пару доларів.

— Майкл

2

З ASIC, правильна операція вже визначена - з FPGA, вам потрібно, щоб вона працювала правильно. ВІДПОВІДЬ, як це визначено (користувачем) ....

— rackandboneman

ASICS та інші мікросхеми перевірені та, часто, поширюються на швидкість. Я прийняв би це як вагомий аргумент, якби хтось міг створити навіть приблизні цифри за те, як довго FPGA потрібно сидіти на тестовому стенді порівняно з іншими типами чіпів. Моя інтуїція полягає в тому, що навіть якщо потрібні більш тривалі випробування, решта виробничого процесу, мабуть, є домінуючою з точки зору внеску у виробничі витрати. Для підтримки пропускної здатності їм може знадобитися більша лінія тестування, щоб компенсувати більш тривалий час випробувань, але це така мала частина процесу виробництва, що я залишаюсь скептично ...

— J ...

@rackandboneman Також визначена правильна операція для FPGA. Вони можуть перевірити кожен логічний елемент та взаємозв'язок окремо. Що ви говорите, було б сказати, що процесори не можуть бути протестовані, оскільки вони повинні працювати правильно, незалежно від того, яке програмне забезпечення працює на них.

— користувач253751

13

Є один (більше) важливий момент, який зазвичай не помічається, технологія технологічного процесу.

FPGA, які мають високу частку ринку, виробляються за найсучаснішими технологіями. Якщо бути більш конкретним, у ПЗІК Kintex-7 є процес TSMC 28nm, а їх відвантаження розпочалося в 2011 році ^[1] . ТМК розпочав серійне виробництво 28 нм в тому ж році ^[2] .

[1] Xilinx доставляє перші 28-нм Kintex-7 FPGA (За Клайвом Максфілдом, 21.03.11)

[2] Чанг сказав: "Наш 28-нм почав обсяги виробництва минулого року і приніс 2 відсотки доходів від вафельних виробів 4Q11".

Я не знаю процесу перемикань Ethernet, але більшість дизайнерських компаній ASIC не дотримуються передової технології. Це також не має сенсу для ливарних виробників.

Наступний графік показує дохід TSMC за технологією ( 1Q18 ). Навіть у 2018 році 39% доходу надходить від технологій, старших за 28 нм. Якщо подумати про кількість мікросхем, не важко уявити, що сьогодні більше половини ASIC виробляються за технологіями, старшими за 7-річну Kintex-7.

Як висновок, технологія процесу є одним із факторів, які роблять FPGA дорожчими. Я не стверджую, що це домінуючий фактор, але досить важливий, щоб його можна було враховувати.

— ахмедус
джерело

який процес створений Artix-7?

— iBug

@iBug Те саме з Kintex-7.

— Ахмед

3

Я збираюся вийти на кінцівку і сказати, що це, безумовно, переважає простий попит і пропозиція. Ethernet комутатори масово випускаються з величезною економією масштабу і продаються зі знижкою за мікросхеми, які не так широко використовуються. Я б сказав, FPGA не так широко розгорнуті, як комутатори Ethernet, і тому вони коштують дорожче, оскільки витрати на розвиток та інфраструктуру розподіляються на меншу кількість клієнтів.

Мова не йде про розмір процесу або штампу чи щось подібне. Розглянемо Xilinx Virtex-7 (лише тому, що я міг би легше знайти дані для нього) і порівняємо з кількома сучасниками:

Virtex7 (2011), 28 нм, ~ 6,8 мільярда транзисторів, 2500 доларів США (популярні моделі) до 35 000 доларів США (більш високі кінцеві моделі)
NVIDIA Kepler GK110 (2012), 28 нм, ~ 7,1 млрд транзисторів, картки Tesla K20 ~ $ 3200USD при запуску (ціна на чіп - менша частка цього)
XBoxOne SOC (2013), 28 нм, ~ 5 млрд транзисторів, $ 499 доларів за весь XBox при запуску
Xeon E5-2699 v3 [18 core] (2014), 22 нм, ~ 5,6 млрд транзисторів, ~ $ 4500USD

Таким чином, Virtex FPGA в цілому здається недорогим (більш популярні моделі) порівняно з іншими кремнію аналогічного підрахунку, генерації та обсягу продажів. XBox SOC виступає як щось, що широко розгорнулося у споживчому пристрої, а вартість також значно нижча.

Обчислювач NVIDIA GK110 був набагато менш широко розгорнутим, ніж аналогічні споживчі мікросхеми, які опинилися в ігрових картах і були аналогічно дорожчими, навіть зважаючи на архітектурну схожість і той факт, що мікросхеми виготовлені на одній фабриці.

Що стосується мікросхем Virtex, то тут немає 10-кратної різниці в складності від 2500-ти чипів до $ 35000-чіпів - останні просто набагато менш популярні, і при менших обсягах продажу вартість за одиницю обов'язково вище.

Ринок сповнений цього. Все, що ви можете продати на сто мільйонів, ви завжди можете дешевше, ніж щось, що ви, можливо, продасте сто тисяч.

— J ...
джерело

Я не думаю, що ви можете довіряти ціні 35000 доларів від digikey або де завгодно, щоб бути точним представленням фактичної ціни на кількість. Напевно, ближче до $ 5 000 ... при запуску ...

— ks0ze

1

Я не впевнений, наскільки це правда, але я вважав, що консолі, такі як Xbox, зазвичай продаються або з втратою, або за вартістю, і різниця відшкодовується за рахунок продажів ігор.

— Еліетт

@ ks0ze, дуже мало клієнтів купують чіпси за 35 тис. доларів у дуже великих кількостях (скажімо, 10 к / місяць або більше). І востаннє, коли мені потрібно було придбати у Xilinx, вони стверджували, що продають лише через дистрибуцію (чи це насправді правда, купуючи 1000 тисяч одиниць, я не знаю).

— Фотон

З огляду на це, ви, звичайно, можете зателефонувати дистриб'ютору і домовитись про вищу ціну, якщо вам потрібно більше кількох 100 деталей.

— The Photon

@ ks0ze Це фактична ціна книги від Xilinx. Якщо ви хочете лише декілька, то, ймовірно, вам доведеться заплатити. Xilinx - це важкі випадки з цінами, але ви можете торгуватися, якщо купуєте багато, так. Я не думаю, що це говорить нам нічого, окрім того, що ПЗІ не купуються і не продаються у великих кількостях, щоб мати дуже стабільну структуру цін. Розглянемо, наприклад, великі націнки на знижку, які ви отримаєте на продукти великого обсягу, такі як процесори Intel Можливо, кілька відсотків, але ціна не дуже рухається. Те саме і з комутаторами Ethernet та XBoxes, в чому суть усієї відповіді.

— J ...