Mengapa FPGA begitu mahal?

29

Maksud saya dibandingkan dengan IC (ASIC) dengan kompleksitas, kecepatan, dll yang serupa. Mari kita bandingkan switch Ethernet dengan Kintex FPGA (perhatikan bahwa sakelar paling mahal dari daftar sekitar semahal Kintex termurah):

FPGA adalah IC terstruktur dengan baik (seperti RAM). Mereka dapat ditingkatkan dan dikembangkan dengan mudah.
Alat desain ( Vivado , Quartus , dll.) Juga mahal, jadi saya pikir harga FPGA adalah harga IC (dan pengembangan) itu sendiri tidak termasuk biaya dukungan dan alat. (Beberapa vendor non-FPGA memberikan alat gratis yang biaya pengembangannya termasuk harga IC.)

Apakah FPGA diproduksi dalam jumlah yang lebih rendah daripada IC lainnya? Atau adakah teknologi harness?

fpga

— antara horizontal
sumber

4

Saya pikir seseorang telah membuat Ph.D. tesis dalam ilmu bisnis pada subjek. Ini bukan pertanyaan teknologi, ini adalah pertanyaan bisnis yang melibatkan perbandingan teknologi apel dengan jeruk. Aturan utamanya adalah - alat pengembangan (produk) selalu lebih mahal daripada produk konsumen - karena berbagai alasan, dari estimasi pendapatan / biaya, dan permintaan pasar, dan ketersediaan produk (fungsional) yang bersaing.

— Anonim

7

Apakah Anda pernah melihat ke FPGA high-end dan semua fitur yang ditawarkannya? Jauh dari sepele untuk menjadikan semuanya bekerja dengan baik bersama dan mengantisipasi kemungkinan interaksi. ASIC yang sama rumitnya juga mahal sekali dalam jumlah yang sama, titik di mana ASIC menjadi lebih murah adalah ketika dijual dalam jutaan. Dan perbandingan Anda cukup tidak adil karena switch ethernet umumnya tidak mengandung kerumitan hampir seperti FPGA dengan semua PLL dan pengkondisian sinyal dan ribuan pin GPIO.

— PlasmaHH

6

Saya tidak mendapatkan perbandingan. Biaya FPGA di mana saja antara 80 sen dan $ 50.000 - tergantung pada ukuran dan fitur. Switch Ethernet mulai dari 20 Dollar dan naik setidaknya hingga ratusan ribu dolar, tergantung pada ukuran dan fiturnya.

— asdfex

2

Sebagai seseorang yang bekerja dengan FPGA dan switch ethernet: mengapa dua titik data Anda?

— DonFusili

3

Maaf karena keras tetapi: "Sebuah chip yang dapat melakukan semuanya lebih mahal daripada sebuah chip yang hanya dapat melakukan 1 hal". Bagaimana itu bahkan pertanyaan?

— Agent_L

60

Chip FPGA termasuk logika dan koneksi yang dapat diprogram antara elemen-elemen logika, sementara ASIC hanya menyertakan logika.

Anda akan kagum pada berapa banyak area chip yang dikhususkan untuk "koneksi fabric" dalam FPGA - mudah 90% atau lebih dari chip. Ini berarti bahwa FPGA menggunakan setidaknya 10 × area chip ASIC yang setara, dan area chip mahal!

Biayanya sejumlah tertentu untuk melakukan semua pemrosesan pada wafer silikon yang diberikan, tidak peduli berapa banyak chip individu di dalamnya. Oleh karena itu, untuk perkiraan pertama, biaya chip berbanding lurus dengan luasnya. Namun, ada beberapa faktor yang membuatnya lebih buruk dari itu. Pertama, chip yang lebih besar berarti bahwa ada lebih sedikit situs yang dapat digunakan pada wafer untuk memulai - wafer bulat, chip berbentuk bujur sangkar, dan banyak area hilang di tepinya. Dan kepadatan cacat cenderung konstan di seluruh wafer, yang berarti bahwa kemungkinan mendapatkan chip tanpa cacat (yaitu, "hasil") turun dengan ukuran chip.

— Dave Tweed
sumber

3

Tentu saja ASIC akan memerlukan beberapa tingkat koneksi internal. Saya pikir maksud Anda FPGA memiliki banyak konektivitas, kabel dan switch yang menyertainya, pergi ke tempat-tempat yang Anda tidak perlu, sedangkan ASIC dibangun hanya dengan yang Anda butuhkan.

— user71659

1

FPGA mungkin memerlukan lebih banyak waktu pengujian, dan waktu ujian juga tidak murah.

— Nick Alexeev

3

@awjlogan Tidak dengan wafer besar modern - AFAIK mereka menggunakan proses "langkah dan ulangi" .

— Tom Carpenter

5

@ HarrySvensson: Dari definisi File Jargon untuk nanoacre : "Satu unit (sekitar 2 mm persegi) dari real estat pada chip VLSI. Istilah ini mendapatkan nilai cekikikan dari fakta bahwa VLSI nanoacres memiliki biaya dalam kisaran yang sama dengan acre nyata satu kali satu angka dalam biaya desain dan fabrikasi-pengaturan. " Ini benar untuk waktu yang sangat lama.

— Dave Tweed

1

Semua dikatakan dan dilakukan mati fisik yang sebenarnya keluar dari fab benar-benar tidak mahal, selalu mengganggu saya bahwa IC besar cenderung biaya sebagian kecil dari paket mereka dimasukkan. Di mana area menjadi sangat mahal adalah dalam hasil. Wafer memiliki cacat, dan IC yang 100 ke wafer akan 10 kali lebih besar kemungkinannya gagal karena cacat daripada IC yang 1000 ke wafer. Belum lagi biaya tambahan pengujian dan rekayasa yang masuk ke dalamnya. FPGA dapat dibatasi retikel, yaitu ukuran maksimum yang diizinkan oleh teknologi, pada> 25mm x 25mm sementara IC umum akan hanya ~ 4mm ^ 2.

— Edgar Brown

21

Penggerak utama biaya lainnya adalah verifikasi.

FPGA harus diuji secara individual sebelum dijual. Ini sebagian untuk memastikan bahwa semua ribuan hingga beberapa juta rute interkoneksi dan sel-sel logika berfungsi. Namun verifikasi juga melibatkan penokohan dan pengelompokan tingkat kecepatan - yang menentukan seberapa cepat silikon dapat beroperasi dan bahwa penundaan kecepatan dan perbanyakan semua banyak interkoneksi dan sel disesuaikan dengan model waktu untuk tingkatnya.

Untuk desain ASIC, pengujian biasanya lebih sederhana - ya-tidak apakah kinerja tersebut berfungsi seperti yang diharapkan. Dengan demikian waktu yang dibutuhkan untuk verifikasi kemungkinan jauh lebih sedikit, dan dengan demikian lebih murah untuk dilakukan.

— Tom Carpenter
sumber

1

ASIC biasanya diuji dengan rantai pindai. Saya tidak melihat alasan mengapa ini tidak mungkin untuk FPGA. Ada juga ASIC yang dikalibrasi secara individual dan diuji pada suhu yang berbeda dan mereka masih dijual seharga beberapa dolar.

— Michael

2

Dengan ASIC, operasi yang benar sudah ditentukan - dengan FPGA, Anda memerlukannya beroperasi dengan benar TERKAIT tentang bagaimana itu (pengguna) didefinisikan ....

— rackandboneman

ASICS dan chip-chip lainnya semuanya diuji dan, seringkali, dibuang untuk kecepatan. Saya akan menerima ini sebagai argumen yang valid jika ada yang bisa menghasilkan angka kasar bahkan untuk berapa lama FPGA perlu duduk di bangku tes dibandingkan dengan jenis chip lainnya. Intuisi saya adalah bahwa, bahkan jika tes lebih lama diperlukan, sisa proses manufaktur mungkin dominan dalam hal kontribusi terhadap biaya produksi. Untuk menjaga throughput yang mereka mungkin perlu garis pengujian yang lebih besar untuk mengimbangi kali tes lagi individu, tapi itu seperti bagian kecil dari proses produciton bahwa saya tetap skeptis ...

— J ...

@rackandboneman Operasi yang benar untuk FPGA juga ditentukan. Mereka dapat menguji setiap elemen logika dan interkoneksi secara terpisah. Apa yang Anda katakan akan seperti mengatakan bahwa CPU tidak dapat diuji karena mereka harus beroperasi dengan benar terlepas dari perangkat lunak apa yang berjalan pada mereka.

— user253751

13

Ada satu (lebih) poin penting yang biasanya diabaikan, yaitu teknologi proses.

FPGA yang memiliki pangsa pasar tinggi diproduksi dengan teknologi mutakhir. Untuk lebih spesifik, Kintex-7 FPGA memiliki proses TSMC 28nm dan pengirimannya dimulai pada 2011 ^[1] . TSMC telah memulai produksi massal 28nm pada tahun yang sama ^[2] .

[1] Xilinx mengirimkan FPGA 28nm Kintex-7 pertama (By Clive Maxfield, 03.21.11)

[2] Chang berkata: "28-nm kami memasuki volume produksi tahun lalu dan menyumbang 2 persen dari pendapatan wafer 4Q11."

Saya tidak tahu proses switch ethernet, tetapi sebagian besar perusahaan desain ASIC tidak mengikuti teknologi canggih. Itu tidak masuk akal untuk pengecoran juga.

Bagan berikut menunjukkan pendapatan TSMC menurut teknologi ( 1Q18 ). Bahkan pada 2018, 39% pendapatan berasal dari teknologi yang lebih tua dari 28nm. Jika kita berpikir tentang jumlah chip, tidak sulit untuk membayangkan bahwa lebih dari setengah ASIC saat ini diproduksi dengan teknologi yang lebih tua dari Kintex-7 yang berusia 7 tahun.

Sebagai kesimpulan, teknologi proses adalah salah satu faktor yang membuat FPGA lebih mahal. Saya tidak mengklaim itu adalah faktor dominan, tetapi cukup signifikan untuk dipertimbangkan.

— ahmedus
sumber

Proses apa yang dibuat Artix-7?

— iBug

@ iBug Sama dengan Kintex-7.

— ahmedus

3

Saya akan mengambil risiko dan mengatakan bahwa ini jauh didominasi oleh penawaran dan permintaan sederhana. Switch Ethernet diproduksi secara massal dengan skala ekonomis besar dan dijual dengan diskon lebih dari chip yang tidak begitu banyak digunakan. FPGA, saya katakan, tidak begitu banyak digunakan sebagai switch ethernet dan karena itu harganya lebih mahal karena biaya pengembangan dan infrastruktur tersebar di lebih sedikit pelanggan.

Ini bukan tentang proses atau ukuran die atau semacamnya. Pertimbangkan Xilinx Virtex-7 (hanya karena saya bisa lebih mudah menemukan data untuknya) dan mari kita bandingkan dengan beberapa orang sezaman:

Virtex7 (2011), 28nm, ~ 6,8 miliar transistor, $ 2500USD (model populer) hingga $ 35.000USD (model akhir yang lebih tinggi)
NVIDIA Kepler GK110 (2012), 28nm, ~ 7,1 miliar transistor, kartu Tesla K20 ~ $ 3.200 USD saat diluncurkan (harga chip sebagian kecil dari itu)
XBoxOne SOC (2013), 28nm, ~ 5 miliar transistor, $ 499 USD untuk seluruh XBox saat diluncurkan
Xeon E5-2699 v3 [18 core] (2014), 22nm, ~ 5,6 miliar transistor, ~ $ 4500USD

Jadi secara keseluruhan Virtex FPGA tampaknya cukup murah (model yang lebih populer) dibandingkan dengan silikon lain dari jumlah transistor yang sama, generasi, dan volume penjualan. SOC XBox menonjol sebagai sesuatu yang secara luas digunakan dalam perangkat konsumen dan biayanya juga jauh lebih rendah.

NVIDIA's compute GK110 jauh lebih sedikit digunakan daripada chip konsumen serupa yang berakhir pada kartu game dan juga lebih mahal, bahkan mengingat kesamaan arsitektur dan fakta bahwa chip dibuat di pabrik yang sama.

Adapun chip Virtex, tidak ada perbedaan 10x dalam kompleksitas chip $ 2500 vs chip $ 35000 - yang terakhir jauh lebih populer dan, dengan volume penjualan yang lebih rendah, biaya per unit tentu lebih tinggi.

Pasar penuh dengan ini. Apa pun yang bisa Anda jual seratus juta, Anda selalu bisa membuat lebih murah daripada sesuatu yang mungkin Anda jual seratus ribu.

— J ...
sumber

Saya tidak berpikir Anda bisa mempercayai harga $ 35.000 dari digikey atau di mana saja untuk menjadi representasi akurat dari harga kuantitas aktual. Mungkin lebih dekat ke $ 5k ... saat peluncuran ...

— ks0ze

1

Saya tidak yakin seberapa benar hal ini, tetapi saya percaya bahwa konsol seperti Xbox biasanya dijual dengan kehilangan atau biaya, dan perbedaannya diperoleh kembali melalui penjualan game.

— Éliette

@ ks0ze, sangat sedikit pelanggan yang membeli chip $ 35k dalam jumlah sangat besar (10k / bulan atau lebih, katakanlah). Dan terakhir kali saya perlu membeli dari Xilinx, mereka mengaku hanya menjual melalui distribusi (apakah ini benar ketika membeli 1000 unit yang saya tidak tahu).

— The Photon

Yang mengatakan, Anda tentu dapat menghubungi distributor dan menegosiasikan harga yang lebih baik jika Anda ingin lebih dari beberapa bagian.

— The Photon

@ ks0ze Itulah harga buku sebenarnya dari Xilinx. Jika Anda ingin hanya beberapa, itulah yang mungkin harus Anda bayar. Xilinx adalah hard case dengan harga, tetapi Anda bisa menawar turun jika Anda membeli banyak, ya. Saya tidak berpikir itu memberi tahu kami apa pun kecuali bahwa FPGA tidak dibeli dan dijual dalam jumlah yang cukup besar untuk memiliki struktur harga yang sangat stabil. Pertimbangkan margin diskon besar-besaran yang akan Anda dapatkan pada produk volume tinggi seperti Intel CPU, misalnya. Mungkin beberapa persen, tetapi harga itu tidak banyak bergerak. Sama dengan switch ethernet dan XBoxes, yang merupakan inti dari seluruh jawaban ini.

— J ...