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Lösung des Problems der Verlustleistung bei FPGAs

Authored on: Jun 25, 2007 by Herman Schmit

Technical Paper

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Die jüngsten 90-nm- und 65-nm-FPGAs bieten eine erhöhte Logikdichte und erweiterte Leistungsfähigkeit in einem feldprogrammierbaren Baustein. Jedoch müssen Dichte und Performance mit einem außerordentlich hohen Leistungsverbrauch bezahlt werden, wodurch sie zu inakzeptablen Lösungen für tragbare Systeme und selbst für viele hochvolumige Systeme der Konsumerelektronik werden, die keine übermäßigen Kosten für Stromverbrauch und Kühlung (z.B. Ventilatoren) dulden. Selbst drahtgebundene und drahtlose Infrastruktur-Kommunikationssysteme weisen häufig Einschränkungen bei der Stromversorgung auf, die durch die Verlustleistung von FPGAs strapaziert werden, weil die Zusatzkosten für Kühlung und Leistungsverbrauch gewaltig sind.

über die Tatsache hinaus, dass sie es Ingenieuren erschweren, ihr Leistungsbudget einzuhalten, führt der hohe Leistungsverbrauch von FPGAs zu einer Fülle von Sekundäreffekten wie beispielsweise verringerter Zuverlässigkeit infolge höherer Sperrschichttemperaturen, höheren Systemkosten wegen größerer Stromversorgungen, Kühlsystemen und einem komplizierteren Leiterplattendesign. Zellenbasierte ASIC-Technologie kann zweifellos den Leistungsverbrauch senken, doch zu einem zunehmend inakzeptablen Pegel der Kosten für den Entwurf (Entwicklung, Test, Maskenkosten), des Design-Risikos sowie einer verlängerten Time-to-Market.

Die Anbieter von Structured ASICs haben versucht, Lösungen vorzustellen, welche die niedrigen Entwurfskosten und das geringe Risiko von FPGAs mit einem geringen Stromverbrauch und niedrigen Stückkosten verbinden, die sich denen eines zellenbasierten ASICs annähern und auf diese Weise eine einzigartige Lösung für ein immer stärker vorherrschendes Problem zu bieten. Structured ASICs schließen die große Lücke zwischen FPGAs und zellenbasierten ASICs durch das Angebot einer optimierten Lösung, welche die Vorteile beider Technologien verschmilzt und gleichzeitig versucht, ihre Nachteile zu vermeiden oder zu minimieren. Generell bieten Structured ASICs vorfabrizierte digitale Logikstrukturen, zum Beispiel Flip-Flops, Speicherblöcke, nutzbare Logikgatter ohne Zuordnung sowie Bausteine höherer Ebene. Die Logikgatter, Flip-Flops und Strukturen höherer Ebene lassen sich entsprechend der gewünschten Systemfunktionalität konfigurieren, wobei vom Lieferanten angebotene IP bei Bedarf hinzugefügt werden kann.

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