FPGA本身就是一个芯片,只是你可以通过编程的方式修改内部逻辑连接和配置实现自己想要的功能。实现ASIC,就如从一张白纸开始,你得有代码,之后综合,之后布局,布线,得到GDSII后去流片。
比速度
相同的工艺和设计,在FPGA上的速度应该比ASIC跑得慢。因为FPGA内部是基于通用的结构,也就是LUT(look up table),它可以实现加法器,组合逻辑等等,而ASIC,一般加法器就是加法器,而比较器就是比较器,FPGA结构上的通用性必然导致冗余;另外,作为FPGA基本单元是LUT(LUT组成SLICE,SLICE组成CLB--这是xilinx的结构),为此大的设计假如一个LUT实现不了,就得用两个LUT,一个SLICE实现不了就要用CLB,不同结构处于特定的位置,信号之间的互联,导致的wire delay是不可忽略的一部分。而对于ASIC来说没有结构上的限制,而且对于特定的实际可以在空间上靠得很近,相对之下wire delay和cell delay都应该比FPGA小。当然LUT中也有DFF,作为高速的设计一般都会在一个简单的组合逻辑操作之后打一拍,再做下一步的处理。
比个头
完全相同的结构的话,FPGA被ASIC远远踢飞。FPGA要规模大得多才能实现ASIC相同的功能,主频还只有几分之一。因此,FPGA相对于ASIC来说还是大很多的。
功耗方面
在相同工艺条件下,FPGA要大于ASIC。FPGA,尤其是基于占用大量硅面积的、每个单元六个晶体管的静态存储器(SRAM)的查寻表(LUT)和配置元件技术的FPGA,其功耗要比对等的ASIC大得多。
比花的银子
FPGA贵在单片,开发工具和风险基本不存在。对于ASIC贵在流片的费用和开发工具,NRE费用随着工艺的提高变相当贵,除非你的芯片一次成功可以量产,否则单片费用将其贵无比!
其他方面
ASIC用于大型项目,而对于需要快速投放市场且支持远程升级的小型项目,FPGA则更为适合。FPGA技术的主要优势仍是产品投放市场的时间较短。
在ASIC的优势方面,ASIC加电后可立即运行,就单位逻辑大小而言封装选择更多,还可包括某些模拟逻辑。与此相对比,FPGA加载配置进入存储器需要时间,因此不能立即工作。此外,FPGA的封装也较复杂。
除此之外,FPGA内部还包括接口I/O,I/O分为普通I/O和高速I/O,高速I/O支持例如高速的SERDES,用于实现XAUI,PCIE等高速接口,这些接口动辄几Gbps到10Gbps以上。此外种类多种多样的硬核IP也是各FPGA厂商差异化竞争利器,例如POWERPC、ARM等硬核IP。从而构成CPU+FPGA于一体的集可编程性和可重构的处理平台。因此,相对来所,FPGA虽然发展有二三十年的历史,其基本架构一直不变不大。
两者的定位
FPGA和ASIC产品的使用要根据产品的定位和设计需要来选用,ASIC产品适用于设计规模特别大,如CPU、DSP或多层交换芯片等,或者是应用于技术非常成熟且利润率非常低的产品,如家用电器和其它消费类电器,亦或是大量应用的通用器件如RAM、PHY等。而FPGA产品适用于设计规模适中,产品要求快速占领市场,或产品需要灵活变动的特性设计等方面的产品,如PDH、2.5G以下SDH设备和大部分的接口转换芯片等。当然具体使用那种产品来设计还要设计者充分考虑自己的产品定位来决定。
两者在互相融合
最明显的莫过于处理器中开始集成FPGA,而可编程的ASIC也开始兴起。随着SoC成为主流,两者的边界也就不辣么明显了。
最后奉上网友对FPGA比ASIC快的解释
FPGA的LUT等资源已经固定了,你用不用都在哪里,不多不少。
ASIC理论上每一个你用到的CELL或者IP等资源你都可以手动的摆放来进行优化。
FPGA的资源固定有两个劣势:
劣势一:能够利用的资源是固定的,且不成大片,横跨区域的产生逻辑,会退化时序。其实也就是你没有办法把逻辑尽可能的摆得近。逻辑摆得近可以减小线上的延迟,可以提高速度。ASIC的cell你可以全部的挤在一起(不违反DRC的前提下)。
如下图所示啦,这就是一个FPGA的资源图。
劣势二:你的大小是固定的。你用1个门还是用10W个门,都是这一片已经固定好了的LUT给你用。如果你的逻辑很小很小,FPGA很大,你信号从IO进来到逻辑,有可能会走比较长的距离,这个也要花时间的。极端的例子,你从上部的IO进来,你的逻辑在下部,这走线的长度感人啊。(正常的设计不会这么做的)
除此之外,FPGA的走线,你几乎是动不了的。
ASIC中你可以直接加宽金属线,比如两倍宽度走时钟线,复位线啦,之类的。金属线宽度变大,线上的延迟变小,对速度也是有帮助的。
还有asic的库一般还包含高性能cell,低功耗cell等。在关键路径,为了提高时序,你全用高性能的cell(功耗大)。一般的路径,时序比较松多用低功耗的cell(性能低)。你FPGA一旦选定了,你就只有他给你的东西,你没有选的。
ASIC还可以使用useful skew的方式来提高速度,手段会比FPGA中的多。
总的来说,就如同GPU和CPU一样。GPU可以非常快的处理图像,但是让GPU去处理其他的东西,GPU表示摊手。CPU很多的运算都能处理,也能去处理图像,只是慢而已。一旦你是冲着某个目的去的(ASIC)你为了实现这个目标,你各种没节操没下线都可以。如果你想要多方面兼顾(FPGA),你就不可能在每一个方面都做到最好,你必须trade-off。