ASIC ve FPGA Farkları Nelerdir?

ASIC ve FPGA’ler farklı amaçlarla kullanılan tümleşik devrelerdir. FPGA, daha çok paralel çalışmanın önemli olduğu uygulamalarda. ASIC’ler ise sadece belirli özel bir işlemi ve görevi yerine getirmek amacı ile kullanılır.

A- A+

28.04.2017 tarihli yazı 20115 kez okunmuştur.

ASIC FPGA Gömülü Sistemler

FPGA Nedir?

FPGA (Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri) bir tasarımcı tarafından imalat sonrasında tekrar yapılandırılabilecek üzere tasarlanmış mantık blokları ve bu bloklar arasındaki ara bağlantılardan oluşan sayısal tümleşik devredir. FPGA yapılandırmasında genellikle bir donanım tanımlama dili kullanılır(HDL).

FPGA'in içerdiği hiyerarşi, programlanabilir mantık bloklarının ve farklı konfigürasyonlarda birleştirilebilen mantık kapısı gibi blokların birlikte kullanılmasına olanak tanır. Lojik bloklar komplex kombinasyonel fonksiyonlar olarak yapılandırılabileceği gibi AND, XOR gibi basit lojik kapılar olarak da tanımlanabilir. Çoğu FPGA mantık blokları, aynı zamanda basit flip-floplar veya daha geniş bellek yığını olabilen bellek öğelerini de içerir.

►İlginizi Çekebilir: FPGA Nedir?

ASIC Nedir?

ASIC (Application Specific Integrated Circuit; Uygulamaya Özel Tümleşik Devre) genel amaçlı mikroişlemcilerin ve mikrodenetleyicilerin aksine, belirli özel bir işlemi, görevi yerine getirmek üzere tasarlanmış tümleşik devrelerdir. Programlanabilir lojik cihazlar veya bir standart lojik tümleşik devre ile karşılaştırıldığında çok daha hızlı çalışabilir. ASIC bir şeyi yapması için özel olarak tasarlanmıştır ve o bir şeyi gayet iyi yapar. Genellikle yapıları daha küçüktür ve daha az enerji tüketirler. Bu devre yapısının dezavantajı eğer az sayıda ürüne ihtiyacınız varsa, tasarımı ve üretimi daha pahalı olabilir.

ASIC çipler, neredeyse her elektronik cihazda bulunur ve kullanımları, görüntü işlemeden, ses dönüşümüne kadar çeşitli konularda olabilir. ASIC'lerin tamamı özel olarak hazırlandığından ve yalnızca onları tasarlayan şirket tarafından kullanılabilir. ASIC'ler özel olarak tasarlandığından ve onları sadece tasarımcı şirket kullanabileceğinden, tescilli teknoloji olarak kabul edilir.

►İlginizi Çekebilir: Savunma Sanayinde FPGA Kullanımı

FPGA ve ASIC Arasındaki Farklar Nelerdir?

Maliyet Bazlı Karşılaştırma

Bilindiği gibi üretici firmalar için özel amaçlı olarak üretilen yongaların (MCU gibi) pazara sunulabilmesi epeyce süre almaktadır. Bunun nedeni uzun süren tasarım oluşturma (ön ürün yapma) aşamasıdır. Prototip yaparken çalışma süresini düşürebilecek en kesin noktalardan biri doğrulama (verification) süreçleridir. Geleneksel olarak tasarım doğrulama ya formal doğrulama ya da bilgisayar benzetimli doğrulama şeklinde yapılmaktadır. ASIC tasarım gerçekleştirilirken bilgisayarlı benzetim ile her ne kadar hızlı bir şekilde doğrulama yapılsa da muhakkak gerçek ortamda tasarımın denenmesi gerekmektedir. Fakat doğrulama işlemine bir de FPGA gibi programlanabilir IC’ler tarafından bakılması önemlidir. Programlanabilir IC’lerde fabrikalama gecikmeleri olmayıp, doğrudan hedef ortam üzerinde test edilebilecek ön ürünler oluşturma olanağı sağlanmaktadır. Ayrıca çok kısa süre içinde tasarıma verilmesi gereken küçük ayarlamaları yapabilme olanağı da sağlamaktadır.

FPGA’larda maliyet konusunda neredeyse sıfır dolaylarında olan NRE (non-recurring engineering) maliyeti MCU ön ürünleri oluşturma konusunda da büyük avantajlar sağlamıştır. Böylelikle kayda değer sayıda geleneksel MCU’nun ön ürün oluşturma çalışması FPGA’lar üzerinden yapılmaya başlanmıştır. Önemli bir nokta ise; FPGA’ların sistem tekrarlı güncellemeleri, ufak tefek hataların ayıklanmaları ve tunning denilen ayarlamalar konusundaki başarısı geleneksel MCU’lara karşı maliyet konusunda önemli ölçüde fark atmaktadır. Bunlarla birlikte ASIC üretiminde FPGA ile karşılaştırıldığında çok daha az malzeme kullanılır.

Performans ve Fonksiyonellik Bazında Karşılaştırma

FPGA’ların fabrikalama işlemleri 180 nm (nano metre, 0.18 mikron)’dan 130 ve 90 nm’a (günümüzde 65 nm çalışmaları devam etmektedir) kadar küçülmesi ile birlikte, %80’e varan bir yoğunluk (çekirdek yoğunluğu) oranlı kazanımı sağlandı bu da birçok uygulama için FPGA’ların performanslarını tatmin edici hale getirdi. İlk zamanlarında FPGA’lar sadece küçük ölçekli uygulamalar ve ön ürünler oluşturmak için uygun iken günümüzde birçok geniş ölçekli ve karmaşık uygulamalarda kullanılmaktadırlar.

Geleneksel bir MCU programı bir zaman darbesi (time/clock pulse) içinde bir adım ilerleyecek şekilde (one step at a time) çalışır. 40 MHz clock’a sahip bir PIC mikro denetleyicisi göz önüne alındığında; bir komut (instruction) 4 clock darbesi ile gerçekleştirilmektedir. Bu durumda her 8 mikro saniyede ancak bir 8 bitlik toplama işlemi gerçekleştirilebilmektedir (8 bit*4 cycle*1/40sn = 8 mikrosaniye). FPGA’larda ise durum oldukça farklıdır. FPGA’lar da lojik elemanlar arasındaki bağlantıları yapılandırmaktadır (sigortaları yakma-configuring). Bu durumda gereksinim duyulması halinde yüzlerce toplayıcıyı aynı anda çalışabilecek şekilde oluşturmak mümkündür. Buna “paralel yapılandırma” denilmektedir. Bununla birlikte FPGA’larda tipik olarak clock sinyalleri daha yüksektir (100-300MHz). Paralel yapılandırmanın sağladığı kolaylık ile her bir clock döngüsü ile bir 8 bit toplama işlemi kolaylıkla gerçekleştirilebilmektedir

Programlanabilirlik Karşılaştırması

Geleneksel mikro denetleyicilerde programlama işlemi içlerinde bulundukları çevre birimlerinin (Ram, İkincil bellek vs. gibi) yazılımsal olarak kısmi programlanmalarından ibarettir. Bir mikro denetleyiciyi tümden programlayabilmek söz konusu değildir. Fakat FPGA’lar için bu durum tamamen farklıdır. Çünkü FPGA’lar tümden programlanabilen (yapılandırılabilen) tümleşik devrelerdirler. FPGA’larda yalnızca yazılımlar aracılığıyla kısmi olarak programlanabilmeleri ile kalmayıp aynı zamanda, fiziksel olarak da yapılarında barındırdıkları sigortaların yakılmaları ile oluşturulan yollar (path) ile de yapılandırılabilmektedirler. FPGA’ler birçok programlanabilirken ASIC’ler tek seferlik programlanmış genellikle seri üretim tümleşik devrelerdir.

FPGA'ler ve ASIC'ler tasarımcılar için farklı avantajlar sağlar. Biri diğerine tercih edilecekse üzerine iyi düşünülmesi gerekir. Eskiden FPGA'ler daha düşük hızdaki/karışıklıktaki/hacimdeki uygulamalarda kullanılırken, bugünün FPGA'leri 500Mhz bariyerini kolayca aşabiliyor. Lojik yoğunluklarının artması ile birlikte; DSP blokları, tetikleme bileşenleri ve yüksek hızlı seri bağlantı gibi yan bileşenlerin de fiyatlarının düşmesinin etkisiyle, neredeyse her türlü tasarımda heyecan verici bir seçenek olarak karşımıza çıkıyor.