Quiero decir, en comparación con los IC (ASIC) con una complejidad, velocidad, etc. similares. Comparemos los conmutadores Ethernet con los FPGA de Kintex (tenga en cuenta que el conmutador más caro de la lista es casi tan caro como el Kintex más barato):
- Los FPGA son circuitos integrados bien estructurados (como las RAM). Se pueden escalar y desarrollar fácilmente.
- Las herramientas de diseño ( Vivado , Quartus , etc.) también son caras, por lo que creo que el precio de un FPGA es el precio del IC (y el desarrollo) en sí mismo, excluyendo el costo del soporte y las herramientas. (Algunos proveedores que no son FPGA ofrecen herramientas gratuitas cuyo costo de desarrollo incluye el precio de IC).
¿Se producen FPGA en cantidades más bajas que otros circuitos integrados? ¿O hay algún arnés tecnológico?
Respuestas:
Los chips FPGA incluyen conexiones tanto lógicas como programables entre elementos lógicos, mientras que los ASIC incluyen solo la lógica.
Se sorprenderá de la cantidad de área de chip dedicada al "tejido de conexión" en un FPGA: es fácilmente el 90% o más del chip. Esto significa que los FPGA usan al menos 10 veces el área del chip de un ASIC equivalente, ¡y el área del chip es costosa!
Cuesta una cierta cantidad hacer todo el procesamiento en una oblea de silicio dada, sin importar cuántos chips individuales tenga. Por lo tanto, para una primera aproximación, el costo del chip es directamente proporcional a su área. Sin embargo, hay varios factores que lo hacen peor que eso. Primero, las virutas más grandes significan que hay menos sitios utilizables en la oblea: las obleas son redondas, las virutas son cuadradas y se pierde mucha área alrededor de los bordes. Y las densidades de defectos tienden a ser constantes a través de la oblea, lo que significa que la probabilidad de obtener un chip sin un defecto (es decir, "rendimiento") disminuye con el tamaño del chip.
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Otro factor clave del costo es la verificación.
Los FPGA deben probarse individualmente antes de la venta. Esto es en parte para asegurar que todos los miles a varios millones de interconexiones de enrutamiento y celdas lógicas sean funcionales. Sin embargo, la verificación también implica la caracterización y el agrupamiento de grados de velocidad: determinar qué tan rápido puede operar el silicio y que la velocidad y los retrasos de propagación de todas las interconexiones y celdas coinciden adecuadamente con los modelos de sincronización para su grado.
Para los diseños ASIC, las pruebas son típicamente más simples: un sí-no, el diseño funciona como se esperaba. Como tal, el tiempo requerido para la verificación es probablemente mucho menor y, por lo tanto, más barato de realizar.
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Hay un (más) punto importante que generalmente se pasa por alto, la tecnología de procesos.
Los FPGA que tienen una alta cuota de mercado se fabrican con tecnología de punta. Para ser más específicos, los FPGA Kintex-7 tienen un proceso TSMC de 28nm y su envío comenzó en 2011 [1] . TSMC había comenzado la producción en masa de 28 nm en el mismo año [2] .
No conozco el proceso de los conmutadores de Ethernet, pero la mayoría de las empresas de diseño de ASIC no siguen la tecnología de punta. Tampoco tiene sentido para las fundiciones.
El siguiente cuadro muestra los ingresos de TSMC por tecnología ( 1T18 ). Incluso en 2018, el 39% de los ingresos proviene de tecnologías anteriores a 28 nm. Si pensamos en la cantidad de chips, no es difícil imaginar que más de la mitad de los ASIC se fabrican hoy con tecnologías más antiguas que Kintex-7 de 7 años.
Como conclusión, la tecnología de proceso es uno de los factores que encarece los FPGA. No pretendo que sea un factor dominante, pero lo suficientemente significativo como para ser considerado.
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Voy a arriesgarme y decir que esto está dominado por la simple oferta y demanda. Los conmutadores Ethernet se producen en masa con enormes economías de escala y se venden con descuentos sobre chips que no se usan tanto. Los FPGA, diría, no se implementan tan ampliamente como los conmutadores de Ethernet y, por lo tanto, cuestan más porque los costos de desarrollo e infraestructura se extienden entre menos clientes.
No se trata del proceso o el tamaño de la matriz o algo así. Considere el Xilinx Virtex-7 (solo porque pude encontrar más fácilmente los datos para él) y comparemos con algunos contemporáneos:
Entonces, en general, el Virtex FPGA parece tener un precio razonable (modelos más populares) en comparación con otro silicio de un conteo de transistores, generación y volumen de ventas similares. El XBox SOC se destaca como algo que se implementó ampliamente en un dispositivo de consumo y el costo también es mucho más bajo.
El cómputo GK110 de NVIDIA fue mucho menos implementado que chips de consumo similares que terminaron en tarjetas de juego y fue igualmente más costoso, incluso dadas las similitudes arquitectónicas y el hecho de que los chips se fabricaron en la misma fábrica.
En cuanto a los chips Virtex, no hay una diferencia de 10 veces en la complejidad de los chips de $ 2500 frente a los chips de $ 35000: estos últimos son simplemente mucho menos populares y, con volúmenes de ventas más bajos, el costo por unidad es necesariamente más alto.
El mercado está lleno de esto. Cualquier cosa que puedas vender cien millones de ti siempre puede ser más barata que algo que tal vez vendas cien mil.
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