Экономическая эффективность применения ПЛИС Actel

Actel является производителем как многократно, так и однократно программируемых ПЛИС. Компания предлагает 3 основных группы ПЛИС: микросхемы технологий Flash и Antifuse в коммерческом, промышленном, военном и так называемом HiRel исполнении, a также радиационно-стойкие ПЛИС, не имеющие аналогов в мире.

Flash

С 2000 года Actel — единственная в мире компания, которая выпускает ПЛИС, выполненные на основе энергонезависимой Flash-технологии. В отличие от ПЛИС, предлагаемых конкурентами и называемых в рекламных кампаниях «Flash», но являющихся, по сути, объединением в одном кристалле традиционной матрицы на основе ячеек SRAM и загрузочной Flash-памяти, ПЛИС Actel имеют элементы Flash-памяти, распределенные по всей площади кристалла и являющиеся одновременно ключами, задающими конфигурацию. Такое технологическое решение позволяет избавиться как от потенциально ненадежных ключей, состояние которых запоминается в элементе памяти, так и от всех элементов, участвующих в процессе загрузки конфигурации.

Основными преимуществами Flash-ПЛИС Actel являются:

• возможность многократного программирования, как до монтажа, так и в системе (возможность внутрисистемного программирования ISP, так же как и у ПЛИС конкурентов);
• совместимость по выводам микросхем с различным количеством вентилей;
• значительно более низкое потребление в рабочем режиме и на порядок меньшее потребление в момент запуска;
• время выхода устройства в рабочий режим минимально (эквивалентно времени выхода в рабочий режим заказных интегральных схем);
• экономия площади печатной платы за счет отсутствия CPLD-загрузчика;
• иммунитет к firm errors — нейтронным и протонным эффектам;
• невозможность несанкционированного считывания конфигурации или перехвата потока данных при загрузке матрицы по причине его отсутствия.

Освоение технологии применения Flash-ПЛИС Actel экономически выгоднее, чем освоение технологии компаний-конкурентов.

Освоение технологии можно разбить на несколько этапов:

1. Приобретение средств разработки.

На этом этапе покупается комплект Starter Kit, в состав которого входят программатор, отладочная плата и лицензионное программное обеспечение. Цена отладочного комплекта невысока и составляет менее 10 тыс. рублей со всеми налогами. Стоимость самих микросхем составляет от $20 за 75 000 вентилей в штучных поставках.

2. Обучение инженеров.

Одним из основных плюсов технологии Actel является возможность использовать для работы с Actel стандартные технологические подходы: описание проектов для программируемой логики Actel осуществляется на языках высокого уровня Verilog и VHDL. Для отладки проектов используется одно из наиболее популярных на рынке средств — ModelSim от Mentor Graphics.

3. Опытное изделие.

Доступность корпусов типа PQFP, в том числе и для ПЛИС высокой интеграции, позволяет эффективно проводить прототипи-рование устройств. Предлагаемое компанией средство аппаратной отладки Silicon Fxplorer позволяет использовать механизм boundary scan.

Antifuse

Antifuse ПЛИС Actel объединяют в себе преимущества программируемой логики и базовых матричных кристаллов (БМК) и дают потребителю возможность производить БМК непосредственно у себя на столе. Являясь идеальной альтернативой заказным интегральным схемам, antifuse ПЛИС Actel сэкономят финансовые средства производителя даже на маленьких партиях (от ~70 микросхем) при замене традиционных CPLD.

Основными преимуществами antifuse ПЛИС Actel являются:

1. совместимость по выводам микросхем с различным количеством вентилей;
2. минимальное потребление в рабочем режиме среди всех ПЛИС;
3. рекордная системная производительность — свыше 500 МГц;
4. экономия площади печатной платы за счет отсутствия CPLD-загрузчика;
5. за счет особенностей технологии радиационной стойкостью обладают даже коммерческие изделия;
6. исключена возможность несанкционированного считывания конфигурации;
7. высокая экономическая эффективность.

Для освоения технологии antifuse пользователю необходимо выполнить следующие шаги:

1. Приобретение средств разработки.

Для ПЛИС малых интеграций Actel предлагает бесплатные средства разработки Libero IDE Silver. Для интеграций до 300 тыс. вентилей доступен недорогой пакет Libero IDE Gold. Для программирования ПЛИС необходим программатор Silicon Sculptor II и адаптеры для каждого применяемого типа корпусов (стоимость комплекта от $3500).

2. Обучение инженеров.

Как и для Flash-ПЛИС Actel, для описания проектов используются языки высокого уровня Verilog и VHDL. Для отладки проектов используется симулятор ModelSim от Mentor Graphics. Однако в отличие от БМК, для которых процесс синтеза и трассировки, как правило, достаточно трудоемок и сложен, для antifuse ПЛИС Actel процесс синтеза выполняется множеством стандартных средств, имеющихся на рынке (все ведущие компании предлагают для ПЛИС Actel свои средства). Трассировка на основе списка связей, создаваемых синтезаторами, осуществляется роу-тером Designer, входящим в состав программного обеспечения, поставляемого Actel.

3. Опытное изделие.

Для antifuse также доступны корпуса PQFP, в том числе и для высокой интеграции. Кроме того, для облегчения отладки поставляется широкий ряд адаптеров для прототипирования, позволяющих включить запрограммированную ПЛИС без пайки на целевой плате.

Экономическая эффективность

Рассмотрим в качестве примера изделие, объем которого составит 1 млн вентилей в партии 500 шт. Стоимость полного комплекта средств разработки и программирования составит $7000, стоимость 100 кристаллов AX1000 (семейство Axcelerator) составит $75000. Итого $82000. В качестве альтернативы возьмем «обычную ПЛИС» современного поколения и сопоставимого быстродействия, прибавим стоимость загрузчика, стоимость дополнительной площади печатной платы, общей стоимостью $200 и добавим стоимость средств разработки и программирования ($2000). Итого $102000. Даже с учетом относительной дороговизны средств программирования выигрыш уже на первом проекте составит не менее $20000 ($40 на каждое изделие).

В таблице 2 приведены официальные цены на ПЛИС семейства Axcelerator в партии от 1 шт. с учетом всех налогов.

Младшие представители antifuse ПЛИС — микросхемы семейства eX доступны по цене от $4 за 1 шт.

Разумеется, для каждого конкретного случая необходим индивидуальный подход к выбору комплектации (программируемой логики) с учетом особенностей выполняемых задач, однако даже приблизительный подсчет показывает, что экономическая неэффективность ПЛИС Actel — миф, который давно уже следует забыть.