L'accélération matérielle, notamment sous forme de logique personnalisée, aide les réseaux sans fil, les fournisseurs de services Cloud et d'autres entreprises à répondre aux besoins croissants de performances, de réduction de la consommation et de diminution du coût total de possession. Pour les services sans fil à large bande passante, par exemple, la 5G exige des fréquences d'horloge plus élevées dans un budget énergétique limité.
Les produits programmables pour les équipements sans fil offrent, dans un premier temps, des avantages de conception par rapport au matériel fixe pour accélérer certaines fonctions, d'autant plus que les réseaux continuent d'évoluer. Dans les centres de données Cloud, la logique personnalisée peut accélérer les algorithmes liés au stockage, à la sécurité et à d'autres fonctions. Les applications de périphérie et embarquées peuvent bénéficier de l'accélération pour l'inférence de l'IA. L'accélération peut également prendre en charge la transition vers les dernières normes vidéo haute définition 8K dans des budgets thermiques difficiles.
Les architectes système ont le choix entre plusieurs types de solutions logiques personnalisées pour la conception du matériel. Les FPGA, les ASIC structurés et les ASIC font tous partie du continuum de la logique personnalisée. Les architectes devront choisir le type de matériel le mieux adapté à leur situation pour équilibrer les besoins en matière de flexibilité, de performance, de puissance et de coût total de possession, ainsi que les exigences de délai de commercialisation.
Circuits programmables FPGA
Les FPGA (Field Programmable Gate Arrays) sont des circuits intégrés dotés d'une structure matérielle programmable. Les circuits à l'intérieur d'un FPGA sont conçus pour mettre en œuvre une grande variété de fonctions différentes et peuvent être reprogrammés pour exécuter ces fonctions selon les besoins. Les FPGA constituent donc généralement un excellent choix en termes de flexibilité et de rapidité de mise sur le marché.
Les FPGA sont préfabriqués et programmés par le client dans ses laboratoires ou sur le terrain. Ils ne nécessitent pas de coûts d'ingénierie non récurrents (NRE) et peuvent aider les innovateurs à accéder extrêmement rapidement au marché. Les FPGA sont donc une excellente option pour se différencier dans un environnement qui évolue rapidement.
ASIC
Plus les nouvelles fonctionnalités évoluent, plus le renforcement des conceptions de circuits intégrés peut s'avérer économique et économe en énergie. Les circuits intégrés spécifiques à une application (ASIC) sont conçus et produits en série pour une fonction spécifique. Contrairement aux FPGA, ils ne peuvent pas être reprogrammés et nécessitent un investissement NRE important.
Avec un ASIC standard à base de cellules, chaque couche du circuit intégré doit être personnalisée. Cela nécessite des équipes de conception spécialisées et des outils logiciels conçus pour la fonctionnalité prévue, ainsi que des investissements importants dans le développement d'une architecture de conception pour le test (DFT) afin de s'assurer que la conception est fabricable et de bonne qualité.
ASIC structurés
Un ASIC structuré est une étape incrémentale entre un FPGA et un ASIC basé sur des cellules. Les ASIC structurés commencent par un réseau de base commun avec une logique, de la mémoire, des E/S, des émetteurs-récepteurs et un système de processeur dur. Les concepteurs ont seulement besoin de personnaliser l'interconnexion, ce qui leur évite de nombreuses étapes du flux de conception ASIC basé sur les cellules, et se concentrent plutôt sur la mise en œuvre de la fonctionnalité personnalisée souhaitée. En substance, un ASIC structuré offre une consommation d'énergie plus faible avec un coût unitaire inférieur par rapport aux FPGA, et un délai de mise sur le marché plus rapide avec un NRE inférieur par rapport aux ASIC basés sur des cellules.
Que choisir et quand ?
Les concepteurs et les architectes de systèmes doivent concilier la flexibilité, les performances, la consommation d'énergie et le coût total de possession avec les exigences de délai de mise sur le marché pour choisir une solution de technologie logique personnalisée.
Performances et consommation d'énergie
Les ASIC basés sur les cellules peuvent être la meilleure solution pour maximiser les performances par watt, mais ils nécessitent un investissement initial plus élevé en NRE et des cycles de conception plus longs que les FPGA ou les dispositifs ASIC structurés. Ce choix suppose également que le produit ne nécessite pas de reprogrammation ou de modification des algorithmes pendant le cycle de vie du produit.
Coûts de développement et de production
Les ASICs structurés ou les FPGAs sont probablement les meilleures options pour les projets sensibles aux coûts de développement. Un ASIC a le coût de fabrication le plus bas par unité, mais il a le coût NRE le plus élevé. Cette option n'a donc de sens que pour les conceptions dont les attentes en matière de volume de production sont nettement plus élevées. Les conceptions FPGA ne nécessitent généralement pas de coûts initiaux de NRE et peuvent évoluer de quelques centaines à des centaines de milliers d'unités. Sur des nœuds de processus similaires, le flux de conception simplifié et la personnalisation d'un ASIC structuré permettent de réduire les coûts de développement par rapport aux ASIC basés sur des cellules. Il peut s'agir d'une approche économique permettant de réduire les coûts et la puissance sur des volumes plus faibles.
Commercialisation
Les projets qui privilégient le délai de mise sur le marché avant tout autre facteur devraient commencer par envisager les FPGA. La conception d'un FPGA peut prendre des semaines ou des mois, en fonction de sa complexité. Un ASIC structuré prend environ six à neuf mois en fonction de sa complexité, et un ASIC basé sur des cellules nécessite entre 18 et 24 mois.
Planifier le processus de migration
Pour mettre en œuvre des solutions logiques personnalisées, il est important d'envisager le processus de migration possible d'un type de technologie logique personnalisée à un autre pour prendre en charge les besoins du cycle de vie, du prototypage et de la production précoce à la production de masse. Une conception initiée sur un FPGA pourrait être renforcée sur un ASIC structuré ou à base de cellules. De même, les architectes système peuvent passer d'un ASIC structuré à un système basé sur des cellules afin d'augmenter massivement le volume.
Cependant, migrer d'un type de matériel à un autre peut nécessiter de modifier la carte de circuit imprimé (PCB), la propriété intellectuelle (IP), ainsi que les processeurs et le développement de logiciels associés. Ces changements rendent la transition plus longue et plus coûteuse.
Les FPGA Intel®, ASIC structurés et ASIC basés sur des cellules
Utiliser plusieurs fournisseurs pour le développement de FPGA, d'ASIC structuré et d'ASIC basé sur des cellules peut entraîner des problèmes de compatibilité et de transfert de la conception d'un processus de développement à un autre, et ainsi ralentir la mise sur le marché.
En offrant un continuum complet de solutions logiques personnalisées, Intel rationalise la migration et réduit le nombre de reprises potentielles. Désormais, les concepteurs peuvent choisir entre plusieurs solutions pour optimiser les exigences en matière de flexibilité, de puissance, de performance, de coût et de délai de commercialisation pour chaque projet et tout au long du cycle de vie du produit. Les FPGA Intel® offrent une mise sur le marché rapide avec une flexibilité maximale. Les ASIC structurés Intel® eASIC™ réduisent la consommation d'énergie et les coûts par dispositif, tout en offrant un NRE plus faible et un délai de mise sur le marché plus rapide que les ASIC basés sur des cellules.
Cette sélection améliorée est également prise en charge par des processeurs durs compatibles et des systèmes de sécurité tirés des FPGA Intel® et des solutions de packages personnalisés. Ceux-ci permettent aux fabricants d'éviter de coûteux efforts de reconception des PCB.
FPGA Intel®
Les produits FPGA Intel® couvrent une gamme de familles, notamment les séries très appréciées Intel® Agilex™ et Intel® Stratix®. Les FPGA Intel® sont conçus pour une vitesse élevée dans une petite enveloppe de puissance. Ils aident ainsi les architectes de systèmes à respecter leurs limites de performance, de puissance et de prix, tout en atteignant rapidement le marché. Comme les FPGA partagent une IP commune avec les derniers ASIC structurés Intel, il est intéressant de les utiliser comme base de départ pour des conceptions susceptibles de migrer ultérieurement vers un ASIC structuré.
Dispositifs Intel® eASIC™
Les dispositifs Intel® eASIC™ sont des ASIC structurés conçus pour réduire la puissance et les coûts unitaires par rapport aux FPGA, avec un NRE plus faible et une mise sur le marché plus rapide par rapport aux ASIC basés sur des cellules.
Intel® eASIC™ N5X ajoute pour la première fois un système de processeur dur à quatre cœurs et un gestionnaire de dispositif sécurisé, adapté des FPGA Intel® Agilex™.
Il existe des interfaces, notamment JESD204 ADC/DAC, ainsi que des protocoles de connectivité, notamment 10/25G Ethernet, pour les dispositifs FPGA Intel® et Intel® eASIC™ N5X, afin de faciliter la migration de la conception.
Dispositifs Intel® easicopy™
Les dispositifs Intel® easicopy™ permettent de faire la transition vers la production à très haut volume pour passer sans heurts des ASIC structurés aux ASIC basés sur des cellules. Ces dispositifs mettent en œuvre la conception du client dans des portes de cellules standard, mais empruntent une partie de la propriété intellectuelle du processeur, de la sécurité, de l'émetteur-récepteur et de l'E/S des familles d'ASIC structurées.
Outils pour développeurs
Intel propose, en plus du matériel, des outils et des logiciels de développement. Les outils de développement tels que le logiciel Intel® Quartus® Prime Pro Edition permettent de réduire le temps et le coût de développement des conceptions FPGA.
Intel® eASIC™ eTools offre un cadre pour la conversion et la validation de la conception en utilisant une combinaison d’outils développés en interne et d’outils tiers standard de l’industrie. Cela comprend des bibliothèques de synthèse et de simulation, des wrappers IP pour la mise en œuvre des fonctions eASIC, ainsi que des scripts pour valider le code et exécuter des outils de synthèse et de simulation tiers. Plateforme logiciel Intel® Quartus® est utilisé pour la configuration Système du processeur dur. DSP Builder pour FPGA Intel® peut également produire du code RTL prêt pour FPGA et eASIC™.
Le portefeuille diversifié de silicium Intel permet aux architectes de systèmes de concevoir des solutions incroyablement personnalisées. Seul Intel propose des processeurs Intel® Xeon®, des FPGA Intel®, des ASIC et de nouveaux dispositifs ASIC structurés. Cet assortiment comprend un continuum de logique personnalisée qui permet aux architectes de répondre à leurs besoins uniques en matière de délai de commercialisation, de performance, de puissance et de coût.