關于FPGA和ASIC的區分和應用

在數字系統中ASIC和FPGA本身就有太多相似的地方，如我們看到的，在圖像處理領域，ASIC和FPGA可以完成同樣的圖像處理任務；在通信領域，ASIC和FPGA可以完成相同的信道編碼、高速通信接口等任務，這樣的例子舉不勝數。ASIC設計和FPGA設計中也存在著很多的相似的地方。它們二者在功能實現中都采用HDL描述。乍一看，二者似乎完全相同，但二者之間又互有優缺點。

首先說說什么是ASIC？

ASIC（ApplicationSpecific Integrated Circuit，專用集成電路）是一種應對特定用戶和特定電子系統而專門設計的集成電路。因為數字系統的發展和廣泛應用，當大家聽到ASIC時，會默認為其為數字IC。其實不論它是模擬或數字的，或兩者的混合，任何具有特定功能和特定用途的芯片都是一個ASIC。例如，ISP主要針對圖像處理，完成圖像噪聲去除、壞點去除、白平衡、自動曝光控制等功能。由于其定制式的設計，在設計中可以根據電路的功能和性能的要求對電路中的基本原件，如與門，或門，開關電路，觸發器等按照特定的方式排列，實現最小面積，最優功耗等設計優化，因此ASIC具有體積小、功耗低、可靠性提高、執行速度快等優點。有優點當然也有缺點，定制化的設計會使得一旦制造完成電路就固定，無法再更改。

ASIC芯片內部結構圖

其次再看看什么是FPGA？

FPGA（Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列）本質也是一種ASIC，是一種包括可以配置邏輯模塊、可配置連線資源的ASIC。完全由用戶通過軟件進行配置和編程，從而完成某種特定的功能，且可以反復擦寫。由于其可配置和可編程的特點，我們當然可以進行編程實現相應的圖像噪聲去除、壞點去除、白平衡、自動曝光控制等功能，從而采用FPGA完成同樣的圖像處理功能。其靈活性解決了定制電路的不足，在修改和升級時，不需額外地改變PCB電路板，只是在計算機上修改和更新程序，使硬件設計工作成為軟件開發工作，縮短了系統設計的周期，提高了實現的靈活性?？膳渲玫膸淼挠绊懏斎皇枪母?、體積大、執行速度和可靠性方面較差一些。

FPGA內部結構圖

從內部結構圖中可以看出FPGA芯片內部更規整，基本單元有規律的平均分布在芯片內部，而ASIC芯片里面基本找不到相同的地方。打個比方，ASIC芯片就好比普通住宅，每種戶型的戶內格局與房間數不同，裝修風格也完全不一樣；而FPGA芯片就好比一個個由廠房倉庫改建的LOFT，面積、風格全部一致。

“哎呀，有點扯遠了，下面小興就帶著大家具體看看二者區別?！?/p>

ASIC和FPGA的基本單元不一樣。ASIC內部各個功能模塊的基本實現單元是與、或、非、觸發器；FPGA基本單元為邏輯單元（由于每家的縮寫不一樣，所以統稱邏輯單元）。一個邏輯單元包含了各種可配置單元（通過配置實現與、或、非邏輯）和觸發器。ASIC芯片由于基本單元顆粒更小，單位面積利用率大大高于FPGA。

ASIC基本單元示意圖

FPGA基本單元示意圖

設計流程不一樣。ASIC設計流程需從數字前端、后端甚至模擬人員，開發周期長、風險大，而FPGA設計一個工具搞定所有問題。但是同樣帶來的問題是FPGA需要更嚴格設計規則，速度、面積、功耗等都不如ASIC效率高。

FPGA與ASIC設計流程對比

設計成本不同。ASIC芯片需要高昂的留片和封測等一次性工程費用，這就需要有一定的使用量來平攤這一成本；但從單個器件本身的角度講，具有可配置的靈活性的FPGA較ASIC成本要高。這表示在大批量生產時ASIC具有成本低的優勢，FPGA較適合應用使用量低的小產量應用場景。

可配置性。FPGA中的FP表示了Field Programmable，即現場可配置。這里小興又要提到上面的例子，舊倉庫或舊廠房改建的LOFT在房屋結構不變得條件下內部功能可以做出翻天覆地的變化。而買了一套普通住房之后基本上只能做些敲敲打打。話說回來，FPGA能做到現場可配置，也就是說上一刻FPGA是個CPU，下一刻FPGA就變成了一個ISP。對比FPGA，ASIC的可配置性為0，所以才需要更多的人員、更多的工具去保證設計無誤。

應用場合。ASIC芯片一旦流片功能就無法改變，基本專片專用。而FPGA可配置特性就可以應用在功能會改變的場合，例如，原型驗證，ASIC設計過程中會使用到FPGA來進行原型驗證；功能升級，在產品中采用FPGA實現一些業內暫時還沒成熟的解決方案，可以在后續功能變動時方便升級。

根據上述對比，我可以看出，在大批量生產和使用時，ASIC由于其體積小、功耗低、可靠性高、執行速度快等優點較為適合使用；在一些小眾應用場景，在沒有對應ASIC情況下，可使用FPGA替代ASIC；同時也因為FPGA的開發速度快，對于新興產業，在還沒有適用ASIC情況下，可以使用FPGA替代ASIC快速占領市場。當然因為二者之間的相似之處，在ASIC流片前，FPGA可以說是完成ASIC功能驗證的不二之選。

話說沒有對比就沒有…..，哈哈哈，沒有互相傷害了，小興我就兩者的特點給大家列出來，以方便大家可以更清楚的了解ASIC和FPGA。

先簡單介紹這么多了，隨著芯片制程工藝的不斷發展，以及應用場景的多樣化，ASIC和FPGA在產品應用中也呈現出多樣化的趨勢。例如，iPhone7中就已經集成了一顆FPGA芯片，在如此大出貨量的產品中使用FPGA實屬少見，究其原因如何網絡上說法不一。這些待小興我在后續的推送中再來分析。