ทำไม FPGA ถึงมีราคาแพง

29

ฉันหมายถึงการเปรียบเทียบกับ ICs (ASIC) ที่มีความซับซ้อนความเร็วและอื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกันลองเปรียบเทียบสวิตช์อีเธอร์เน็ตกับKintex FPGAs (โปรดทราบว่าสวิตช์ที่แพงที่สุดจากรายการคือประมาณว่าแพงเหมือน Kintex ที่ถูกที่สุด):

FPGA เป็นไอซีที่มีโครงสร้างที่ดี (เช่น RAM) พวกเขาสามารถปรับขนาดและพัฒนาได้อย่างง่ายดาย
เครื่องมือออกแบบ ( Vivado , Quartusฯลฯ ) มีราคาแพงเกินไปดังนั้นผมคิดว่าราคาของ FPGA คือราคาของ IC (และการพัฒนา) ของตัวเองไม่รวมค่าใช้จ่ายในการสนับสนุนและเครื่องมือที่ (ผู้ขายที่ไม่ใช่ FPGA บางรายให้เครื่องมือฟรีซึ่งมีค่าใช้จ่ายในการพัฒนารวมถึงราคา IC)

FPGA ผลิตในปริมาณที่ต่ำกว่าไอซีอื่น ๆ หรือไม่? หรือมีเทคโนโลยีใดเทียม

fpga

— betontalpfa
แหล่งที่มา

4

ฉันคิดว่ามีคนทำปริญญาเอก วิทยานิพนธ์ในสาขาวิชาธุรกิจในเรื่อง ไม่ใช่คำถามทางเทคนิค แต่เป็นคำถามทางธุรกิจที่เกี่ยวข้องกับการเปรียบเทียบเทคโนโลยีของแอปเปิ้ลกับส้ม กฎหลักคือ - เครื่องมือในการพัฒนา (ผลิตภัณฑ์) มักจะมีราคาแพงกว่าผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภคด้วยเหตุผลหลายประการตั้งแต่การประเมินรายได้ / ราคาและความต้องการของตลาดและความพร้อมใช้งานของผลิตภัณฑ์ที่มีการแข่งขัน

— ไม่ระบุชื่อ

7

คุณเคยสำรวจ FPGA ระดับไฮเอนด์และคุณสมบัติทั้งหมดที่มีให้หรือไม่? มันอยู่ไกลจากเรื่องเล็กน้อยที่จะทำให้ทุกอย่างทำงานร่วมกันได้ดีและคาดการณ์ปฏิสัมพันธ์ที่เป็นไปได้ ASIC ที่มีความซับซ้อนในทำนองเดียวกันนั้นมีราคาแพงเช่นกันในนรกในจำนวนเดียวกันจุดที่ ASIC กลายเป็นถูกกว่าก็คือเมื่อมีการขายในหลายล้าน และการเปรียบเทียบของคุณนั้นค่อนข้างไม่ยุติธรรมเพราะสวิตช์อีเธอร์เน็ตโดยทั่วไปนั้นไม่ได้มีความซับซ้อนมากเท่ากับ FPGA ที่มี PLL และการปรับสภาพสัญญาณทั้งหมดและมี GPIO นับพัน

— PlasmaHH

6

ฉันไม่ได้รับการเปรียบเทียบ Fpga เสียค่าใช้จ่ายทุกที่ระหว่าง 80 เซ็นต์และ 50,000 ดอลลาร์ขึ้นอยู่กับขนาดและฟีเจอร์ สวิตช์อีเธอร์เน็ตเริ่มต้นที่ 20 ดอลลาร์และขึ้นไปอย่างน้อยก็เพื่อตัดเงินหนึ่งแสนดอลลาร์ขึ้นอยู่กับขนาดและคุณสมบัติ

— asdfex

2

ในฐานะที่เป็นคนที่ทำงานกับทั้ง FPGA และสวิตช์อีเธอร์เน็ต: ทำไมทั้งสองดาต้าพอยน์ของคุณ

— DonFusili

3

ขออภัยที่รุนแรง แต่: "ชิปที่สามารถทำทุกอย่างมีราคาแพงกว่าชิปที่สามารถทำได้เพียง 1 อย่าง" นั่นเป็นคำถามที่อย่างไร

— Agent_L

60

ชิป FPGA ประกอบด้วยทั้งตรรกะและการเชื่อมต่อที่สามารถตั้งโปรแกรมได้ระหว่างองค์ประกอบตรรกะในขณะที่ ASICs รวมเฉพาะตรรกะ

คุณจะประหลาดใจกับจำนวนชิปที่อุทิศให้กับ "โครงสร้างการเชื่อมต่อ" ใน FPGA ซึ่งเป็นชิป 90% หรือมากกว่าอย่างง่ายดาย ซึ่งหมายความว่า FPGA ใช้พื้นที่ชิปอย่างน้อย 10 เท่าของ ASIC ที่เทียบเท่าและพื้นที่ชิปมีราคาแพง!

มีค่าใช้จ่ายจำนวนหนึ่งในการประมวลผลทั้งหมดบนแผ่นซิลิคอนเวเฟอร์ที่กำหนดไม่ว่าจะมีชิปอยู่กี่ตัวก็ตาม ดังนั้นในการประมาณครั้งแรกต้นทุนชิปจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่ของมัน อย่างไรก็ตามมีหลายปัจจัยที่ทำให้แย่ลงไปกว่านั้น เริ่มแรกชิปขนาดใหญ่หมายความว่ามีเว็ปที่สามารถใช้งานได้น้อยลงในการเริ่มต้นด้วย - เวเฟอร์เป็นทรงกลม, ชิปเป็นสี่เหลี่ยมและพื้นที่ส่วนใหญ่หายไปจากขอบ และความหนาแน่นของข้อบกพร่องมีแนวโน้มที่จะคงที่ตลอดช่วงเวเฟอร์ซึ่งหมายความว่าความน่าจะเป็นที่จะได้ชิปโดยไม่มีข้อบกพร่อง (เช่น "ผลผลิต") ลดลงเมื่อขนาดของชิปลดลง

— เดฟทวีด
แหล่งที่มา

3

แน่นอนว่า ASIC จะต้องมีการเชื่อมต่อภายในระดับหนึ่ง ฉันคิดว่าคุณหมายถึง FPGA มีการเชื่อมต่อมากมายสายไฟและสวิตช์เชื่อมต่อไปยังสถานที่ที่คุณไม่จำเป็นต้องใช้ในขณะที่ ASIC นั้นถูกสร้างขึ้นด้วยสิ่งที่คุณต้องการเท่านั้น

— user71659

1

FPGA อาจต้องใช้เวลาในการทดสอบมากขึ้นและเวลาทดสอบก็ไม่ถูกเช่นกัน

— Nick Alexeev

3

@awjlogan ไม่ได้อยู่กับเวเฟอร์ขนาดใหญ่ที่ทันสมัย - AFAIK พวกเขาใช้"ขั้นตอนและทำซ้ำกระบวนการ"

— Tom Carpenter

5

@HarrySvensson: จากคำนิยาม Jargon File สำหรับnanoacre : "หน่วย (ประมาณ 2 มม. สแควร์) ของอสังหาริมทรัพย์บนชิป VLSI คำว่าได้รับมูลค่าหัวเราะคิกคักจากข้อเท็จจริงที่ว่า VLSI nanoacres มีค่าใช้จ่ายในช่วงเดียวกับเอเคอร์จริงครั้งเดียว ตัวเลขหนึ่งตัวในค่าออกแบบและผลิต - ติดตั้ง " นี่เป็นเรื่องจริงมาเป็นเวลานาน

— Dave Tweed

1

ทุกคนพูดและทำตามความเป็นจริงทางกายภาพที่ออกมาจาก fab นั้นไม่แพงจริง ๆ มันทำให้ฉันรำคาญใจว่า IC ตัวใหญ่มีแนวโน้มที่จะเสียค่าใช้จ่ายเศษเสี้ยวของบรรจุภัณฑ์ที่พวกเขากำลังใส่เข้าไป เวเฟอร์มีข้อบกพร่องและไอซีที่มีค่า 100 ถึงเวเฟอร์จะมีโอกาสที่จะล้มเหลวมากกว่า 10 เท่าเนื่องจากข้อบกพร่องกว่าไอซีที่มีค่า 1,000 ถึงเวเฟอร์ ไม่ต้องพูดถึงค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมในการทดสอบและวิศวกรรมที่เกี่ยวข้อง FPGA สามารถ จำกัด เส้นเล็งซึ่งเป็นขนาดสูงสุดที่อนุญาตโดยเทคโนโลยีที่> 25mmx25mm ในขณะที่ IC ทั่วไปจะเป็นเพียง ~ 4mm ^ 2

— Edgar Brown

21

ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งของค่าใช้จ่ายคือการตรวจสอบ

FPGA จะต้องมีการทดสอบเป็นรายบุคคลก่อนขาย นี่เป็นส่วนหนึ่งเพื่อให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อการกำหนดเส้นทางระหว่างพันถึงหลายล้านทั้งหมดและเซลล์ตรรกะทำงานได้ อย่างไรก็ตามการตรวจสอบยังเกี่ยวข้องกับคุณลักษณะและความเร็วของการแยกแยะ - การกำหนดความเร็วของซิลิคอนที่สามารถใช้งานได้และความเร็วและความล่าช้าในการเชื่อมต่อระหว่างกันและเซลล์ทั้งหมดจะถูกจับคู่กับแบบจำลองเวลาสำหรับเกรดของมัน

สำหรับการออกแบบ ASIC โดยทั่วไปแล้วการทดสอบจะง่ายกว่า - การออกแบบไม่เป็นไปตามที่คาดไว้ ดังนั้นเวลาที่ใช้ในการตรวจสอบจึงมีน้อยกว่าและทำให้ถูกลง

— ทอมคาร์เพนเตอร์
แหล่งที่มา

1

ASIC นั้นมักจะทดสอบด้วยสายการสแกน ฉันไม่เห็นเหตุผลว่าทำไมสิ่งนี้จึงเป็นไปไม่ได้สำหรับ FPGA นอกจากนี้ยังมี ASIC ที่ได้รับการสอบเทียบและทดสอบที่อุณหภูมิแตกต่างกันไปและยังขายในราคาสองดอลลาร์

— Michael

2

ด้วย ASIC การดำเนินการที่ถูกต้องได้ถูกกำหนดไว้แล้ว - ด้วย FPGA คุณต้องใช้งานอย่างถูกต้องไม่ว่าผู้ใช้จะกำหนดไว้อย่างไร ....

— rackandboneman

ASICS และชิปอื่น ๆ ทั้งหมดได้รับการทดสอบและบ่อยครั้งที่ถูกขัดจังหวะด้วยความเร็ว ฉันจะยอมรับสิ่งนี้ว่าเป็นข้อโต้แย้งที่ถูกต้องหากใครก็ตามสามารถสร้างจำนวนคร่าวๆสำหรับ FPGA ที่ต้องนั่งบนม้านั่งทดสอบนานกว่าชิปประเภทอื่น ๆ ปรีชาญาณของฉันคือแม้ว่าจะต้องมีการทดสอบอีกต่อไป แต่กระบวนการผลิตที่เหลืออาจโดดเด่นในแง่ของการมีส่วนร่วมกับต้นทุนการผลิต เพื่อรักษาผ่านพวกเขาอาจจำเป็นต้องมีการทดสอบเส้นขนาดใหญ่เพื่อชดเชยเวลาที่การทดสอบของแต่ละบุคคลอีกต่อไป แต่มันก็เป็นส่วนเล็ก ๆ ของกระบวนการ produciton ที่ฉันยังคงสงสัย ...

— J ...

@rackandboneman การดำเนินการที่ถูกต้องสำหรับ FPGA นั้นถูกกำหนดเช่นกัน พวกเขาสามารถทดสอบทุกองค์ประกอบตรรกะและเชื่อมต่อโครงข่ายแยกกัน สิ่งที่คุณพูดจะเหมือนกับการบอกว่า CPU ไม่สามารถทดสอบได้เพราะพวกเขาจำเป็นต้องทำงานอย่างถูกต้อง

— 253751

13

มีจุดสำคัญอีกหนึ่งจุดซึ่งมักจะมองข้ามคือเทคโนโลยีการผลิต

FPGA ที่มีส่วนแบ่งการตลาดสูงผลิตด้วยเทคโนโลยีที่ทันสมัย การจะมีความเฉพาะเจาะจงมากขึ้น Kintex-7 FPGAs มีกระบวนการ 28nm TSMC และการจัดส่งของพวกเขาเริ่มต้นในปี 2011 [1]TSMC ได้เริ่มต้นการผลิตมวลของ 28nm ในปีเดียวกัน[2]

[1] Xilinx จัดส่ง FPGAs 28nm 28nm แรก (โดย Clive Maxfield, 03.21.11)

[2] Chang กล่าวว่า: "28 ล้านนาโนเมตรของเราเข้าสู่การผลิตในปริมาณมากในปีที่แล้ว

ฉันไม่รู้กระบวนการสวิตช์อีเธอร์เน็ต แต่ บริษัท ออกแบบ ASIC ส่วนใหญ่ไม่ปฏิบัติตามเทคโนโลยีที่ทันสมัย มันไม่สมเหตุสมผลสำหรับโรงหล่อด้วย

แผนภูมิต่อไปนี้แสดงรายได้ของ TSMC แยกตามเทคโนโลยี ( 1Q18 ) แม้ในปี 2018 รายได้ 39% มาจากเทคโนโลยีที่เก่ากว่า 28nm ถ้าเราคิดถึงจำนวนชิปมันก็ไม่ยากที่จะจินตนาการว่าวันนี้ ASIC มากกว่าครึ่งผลิตในเทคโนโลยีที่เก่ากว่า Kintex-7 ซึ่งมีอายุ 7 ปี

โดยสรุปเทคโนโลยีการผลิตเป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้ FPGAs มีราคาแพงกว่า ฉันไม่ได้อ้างว่ามันเป็นปัจจัยสำคัญ แต่มีความสำคัญพอที่จะพิจารณา

— ahmedus
แหล่งที่มา

Artix-7 สร้างกระบวนการอะไร?

— iBug

@iBug เช่นเดียวกันกับ Kintex-7

— ahmedus

3

ฉันจะออกไปบนกิ่งและบอกว่านี่เป็นสิ่งที่ครอบงำโดยอุปสงค์และอุปทานที่เรียบง่าย สวิตช์อีเธอร์เน็ตมีการผลิตจำนวนมากด้วยการประหยัดต่อขนาดและขายในราคาลดพิเศษที่ใช้อย่างกว้างขวาง FPGAs ฉันจะบอกว่าไม่ได้มีการปรับใช้อย่างกว้างขวางในฐานะสวิตช์อีเธอร์เน็ตและพวกเขามีค่าใช้จ่ายมากขึ้นเนื่องจากต้นทุนการพัฒนาและโครงสร้างพื้นฐานกระจายไปทั่วลูกค้าน้อยลง

สิ่งนี้ไม่เกี่ยวกับกระบวนการหรือขนาดตายตัวหรืออะไรทำนองนั้น พิจารณา Xilinx Virtex-7 (เพราะฉันหาข้อมูลได้ง่ายกว่า) และลองเปรียบเทียบกับคนรุ่นต่อไปนี้:

Virtex7 (2011), 28nm, ~ 6.8 พันล้านทรานซิสเตอร์, $ 2,500USD (รุ่นยอดนิยม) ถึง $ 35,000USD (รุ่นปลายสูงกว่า)
NVIDIA Kepler GK110 (2012), 28nm, ~ 7.1 พันล้านทรานซิสเตอร์, การ์ด Tesla K20 ~ $ 3200USD ในการเปิดตัว (ราคาชิปน้อยกว่านั้น)
XBoxOne SOC (2013), 28nm, ~ 5 พันล้านทรานซิสเตอร์, $ 499 USD สำหรับ XBox ทั้งหมดเมื่อเปิดตัว
Xeon E5-2699 v3 [18 แกน] (2014), 22nm, ~ 5.6 พันล้านทรานซิสเตอร์, ~ $ 4500USD

ดังนั้นโดยรวม Virtex FPGA จึงดูเหมือนว่าราคาสมเหตุสมผล (รุ่นยอดนิยมมากกว่า) เมื่อเปรียบเทียบกับซิลิคอนตัวอื่น ๆ ที่มีจำนวนทรานซิสเตอร์รุ่นและปริมาณการขายที่คล้ายคลึงกัน XBox SOC เป็นสิ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ของผู้บริโภคและค่าใช้จ่ายก็ต่ำกว่าเช่นกัน

การคำนวณของ NVIDIA GK110 นั้นมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายน้อยกว่าชิปผู้บริโภคที่คล้ายกันซึ่งลงเอยด้วยการ์ดเกมและมีราคาแพงกว่าในทำนองเดียวกันแม้ว่าจะมีความคล้ายคลึงกันทางสถาปัตยกรรมและความจริงที่ว่าชิปนั้นทำในโรงงานเดียวกัน

สำหรับชิป Virtex นั้นไม่แตกต่างกัน 10 เท่าในความซับซ้อนของชิป $ 2500 เทียบกับชิป $ 35000 - ชิปหลังนั้นได้รับความนิยมน้อยกว่ามากและด้วยปริมาณการขายที่ลดลงต้นทุนต่อหน่วยจึงสูงขึ้น

ตลาดเต็มไปด้วยสิ่งนี้ อะไรก็ตามที่คุณขายได้ร้อยล้านคนคุณสามารถทำถูกกว่าสิ่งที่คุณจะขายเป็นแสน

— J ...
แหล่งที่มา

ฉันไม่คิดว่าคุณสามารถเชื่อถือราคา $ 35,000 จาก digikey หรือที่ใดก็ได้ที่จะเป็นตัวแทนที่แม่นยำของการกำหนดราคาปริมาณจริง อาจใกล้ถึง $ 5k ... ในช่วงเปิดตัว ...

— ks0ze

1

ฉันไม่แน่ใจว่าเรื่องนี้จริง แต่ฉันก็เชื่อว่าคอนโซลเช่น Xbox จะขายในราคาที่สูญเสียหรือเสียค่าใช้จ่ายและความแตกต่างจะได้รับการชดเชยจากการขายเกม

— Éliette

@ ks0ze ลูกค้าน้อยมากที่จะซื้อชิป $ 35k ในปริมาณมากจริงๆ (10k / เดือนหรือมากกว่านั้น) และครั้งสุดท้ายที่ฉันต้องการซื้อจาก Xilinx พวกเขาอ้างว่าขายผ่านการกระจายเท่านั้น

— โฟตอน

ที่กล่าวว่าคุณสามารถโทรหาผู้จัดจำหน่ายและเจรจาต่อรองราคาที่ดีกว่าถ้าคุณต้องการมากกว่า 100 ส่วน

— โฟตอน

@ ks0ze นั่นคือราคาหนังสือจริงจาก Xilinx หากคุณต้องการเพียงไม่กี่นั่นคือสิ่งที่คุณอาจจะต้องจ่าย Xilinx เป็นกรณียากที่มีราคา แต่คุณสามารถต่อรองราคาได้ถ้าคุณซื้อมากใช่ ฉันไม่คิดว่าจะบอกอะไรเรายกเว้นว่า FPGA จะไม่ซื้อและขายในปริมาณมากพอที่จะมีโครงสร้างราคาที่มีความเสถียรสูง พิจารณาส่วนต่างส่วนลดจำนวนมากที่คุณจะได้รับจากผลิตภัณฑ์ที่มีปริมาณมากเช่น Intel CPU เป็นต้น อาจจะไม่กี่เปอร์เซ็นต์ แต่ราคานั้นไม่ขยับมากนัก เช่นเดียวกันกับสวิตช์อีเธอร์เน็ตและ XBoxes ซึ่งเป็นจุดที่คำตอบทั้งหมดนี้

— เจ ...