Akselerasi perangkat keras, khususnya dalam bentuk logika kustom, membantu jaringan nirkabel, penyedia layanan cloud, dan perusahaan lain untuk memenuhi kebutuhan yang meningkat pesat akan performa, daya yang lebih rendah, serta biaya kepemilikan total yang lebih rendah. Dalam layanan nirkabel bandwidth tinggi, misalnya, 5G menuntut kecepatan clock yang lebih tinggi dalam anggaran daya yang terbatas.
Di tahap awal, produk yang dapat diprogram untuk peralatan nirkabel menawarkan keunggulan desain dibandingkan perangkat keras tetap untuk mempercepat fungsi tertentu, khususnya seiring jaringan terus berkembang. Dalam pusat data cloud, logika kustom dapat mempercepat algoritma terkait penyimpanan, keamanan, dan fungsi lainnya. Edge dan aplikasi tertanam mungkin mendapatkan manfaat dari akselerasi untuk inferensi AI. Akselerasi juga dapat mendukung transisi ke standar video definisi tinggi 8K terbaru dalam anggaran termal yang menantang.
Dalam hal desain perangkat keras, arsitek sistem memiliki beberapa jenis solusi logika kustom yang dapat dipilih. FPGA, ASIC terstruktur, dan ASIC semuanya adalah bagian dari kontinum logika kustom. Untuk menyeimbangkan kebutuhan fleksibilitas, performa, daya, dan biaya total kepemilikan, serta kebutuhan waktu pemasaran, arsitek akan perlu untuk memilih jenis perangkat keras yang sesuai dengan keadaan mereka.
FPGA
Field programmable gate array (FPGA) adalah sirkuit terintegrasi dengan fabric perangkat keras yang dapat diprogram. Sirkuit di dalam FPGA dirancang untuk menerapkan berbagai fungsi yang berbeda dan dapat diprogram ulang untuk melakukan fungsi ini sesuai kebutuhan. Hasilnya, FPGA umumnya merupakan pilihan yang tepat dalam hal fleksibilitas dan waktu pemasaran yang cepat.
FPGA dipesan dan diprogram oleh pelanggan di laboratorium mereka atau di lapangan. FPGA tidak memerlukan biaya insinyur tidak berulang/non-recurring engineering cost (NRE) dan dapat membantu inovator masuk ke pasar dengan sangat cepat. Hal ini membuat FPGA menjadi pilihan yang sangat tepat untuk diferensiasi dalam lingkungan yang cepat berubah.
ASIC
Seiring fitur baru menjadi matang, fitur itu dapat lebih ekonomis dan efisien daya untuk memperkuat desain sirkuit terintegrasi. Application specific integrated circuit (ASIC) dibangun untuk tujuan tertentu dan diproduksi massal untuk fungsi spesifik. Tidak seperti FPGA, ASIC tidak dapat diprogram ulang, dan memerlukan investasi NRE yang signifikan.
Dengan ASIC berbasis sel standar, setiap lapisan sirkuit terintegrasi harus disesuaikan. Hal ini memerlukan tim desain dan alat perangkat lunak khusus yang dirancang untuk fungsi yang diinginkan, serta membuat investasi signifikan dalam pengembangan arsitektur desain untuk pengujian/design for test (DFT) guna memastikan desain dapat diproduksi dan memiliki kualitas yang baik.
ASIC Terstruktur
ASIC yang terstruktur adalah langkah tambahan antara FPGA dan ASIC berbasis sel. ASIC yang terstruktur dimulai dengan array dasar umum dengan logika, memori, I/O, transiver, dan sistem prosesor keras. Desainer hanya perlu untuk menyesuaikan interkoneksi, melewati banyak langkah yang diperlukan dalam alur desain ASIC berbasis sel, dan lebih berfokus pada penerapan fungsi kustom yang diinginkan. Pada intinya, ASIC terstruktur menawarkan konsumsi daya yang lebih rendah dengan biaya unit yang lebih rendah dibandingkan FPGA, dan waktu pemasaran yang lebih cepat dengan NRE yang lebih rendah dibandingkan ASIC berbasis sel.
Apa yang harus Dipilih dan Kapan?
Desainer dan arsitek sistem harus menyeimbangkan kebutuhan fleksibilitas, performa, konsumsi daya, dan biaya total kepemilikan dengan waktu pemasaran untuk membuat pilihan solusi teknologi logika kustom.
Performa dan Konsumsi Daya
Untuk memaksimalkan performa per watt, ASIC berbasis sel mungkin menjadi pilihan terbaik dengan mempertimbangkan investasi NRE di muka yang lebih tinggi dan siklus desain yang lebih lama dibandingkan dengan perangkat FPGA dan ASIC terstruktur. Pilihan ini juga mengasumsikan bahwa produk tidak memerlukan kemampuan pemrograman ulang atau perubahan algoritma selama masa pakai produk.
Biaya Pengembangan dan Produksi
Untuk proyek yang berfokus pada biaya pengembangan, baik ASIC terstruktur atau FPGA merupakan pilihan terbaik. Meski ASIC memiliki biaya produksi paling rendah per unitnya, ASIC memiliki biaya NRE tertinggi, jadi pilihan ini mungkin hanya dapat diterima untuk desain dengan ekspektasi volume produksi yang jauh lebih tinggi. Desain FPGA umumnya tidak memerlukan biaya NRE di muka dan dapat berkisar antara ratusan hingga ratusan ribu unit. Berkat alur desain dan kustomisasi yang sederhana, ASIC terstruktur memiliki biaya pengembangan yang lebih rendah dibandingkan ASIC berbasis sel dengan node proses yang serupa dan dapat menjadi pendekatan ekonomis untuk menghemat biaya dan daya pada volume yang lebih rendah.
Waktu Pemasaran
Proyek yang menitikberatkan pada waktu pemasaran di atas faktor lainnya sebaiknya mempertimbangkan FPGA terlebih dahulu. Tergantung pada kompleksitas desain, FPGA dapat memakan waktu beberapa minggu atau bulan untuk merancang. ASIC terstruktur memerlukan sekitar enam hingga sembilan bulan tergantung pada kompleksitas, dengan ASIC berbasis sell diperlukan sekitar 18 hingga 24 bulan.
Merencanakan Jalur Migrasi
Ketika menerapkan solusi logika kustom, penting untuk mempertimbangkan jalur migrasi yang ada dari satu jenis teknologi logika kustom ke teknologi lainnya untuk mendukung kebutuhan masa pakai dari pembuatan prototipe dan produksi awal hingga produksi massal. Desain yang diawali dengan FPGA dapat diperkuat baik pada ASIC terstruktur atau berbasis sel. Selain itu, arsitek sistem dapat bermigrasi dari ASIC terstruktur ke ASIC berbasis sel untuk meningkatkan volume secara signifikan.
Namun, migrasi dari satu jenis perangkat keras ke perangkat keras lainnya secara potensial mungkin memerlukan perubahan bukan hanya pada papan sirkuit cetak/printed circuit board (PCB) tetapi juga terhadap kekayaan intelektual, serta prosesor dan pengembangan perangkat lunak terkait. Perubahan ini menambah waktu dan biaya terhadap transisi.
Intel® FPGA, ASIC Terstruktur, dan ASIC Berbasis Sel
Dengan menggunakan beberapa vendor untuk FPGA, ASIC terstruktur, dan ASIC berbasis sel, pengembangan dapat menyebabkan tantangan dalam hal kompatibilitas dan menerjemahkan desain dari satu proses pengembangan ke proses lainnya, memperlambat waktu pemasaran.
Dalam menawarkan kontinum lengkap solusi logika kustom, Intel menyederhanakan migrasi dan mengurangi beban pekerjaan ulang potensial. Kini desainer memiliki pilihan solusi untuk mengoptimalkan kebutuhan fleksibilitas, daya, performa, biaya, dan waktu pemasaran untuk setiap proyek dan di seluruh masa pakai produk. Intel® FPGA menawarkan waktu pemasaran yang cepat dengan fleksibilitas tertinggi. ASIC terstruktur Intel® eASIC™ mengurangi konsumsi daya dan biaya per perangkat sekaligus menawarkan NRE yang lebih rendah serta waktu pemasaran yang lebih cepat dibandingkan ASIC berbasis sel.
Pilihan yang lebih baik ini juga didukung dengan prosesor keras yang kompatibel dan sistem keamanan yang memanfaatkan Intel® FPGA dan solusi paket kustom. Hal ini memungkinkan produsen untuk menghindari upaya desain ulang PCB yang mahal.
Intel® FPGA
Produk Intel® FPGA terdiri dari berbagai rangkaian, termasuk seri Intel® Agilex™ dan Intel® Stratix® yang diterima dengan baik. Dibangun untuk kecepatan tinggi dalam kapasitas daya yang kecil, Intel® FPGA membantu arsitek sistem tetap ada dalam batasan performa, daya, dan harga mereka sekaligus memungkinkan waktu pemasaran yang cepat. Dan karena Intel® FPGA memiliki IP yang sama dengan ASIC terstruktur paling baru dari Intel, FPGA ini menawarkan keunggulan sebagai titik awal untuk desain yang dapat bermigrasi ke ASIC terstruktur di masa depan.
Perangkat Intel® eASIC™
Perangkat Intel® eASIC™ adalah ASIC terstruktur yang dirancang untuk membantu menurunkan daya dan biaya per unit relatif dibandingkan dengan FPGA dengan biaya NRE yang lebih rendah dan waktu peluncuran ke pasar yang lebih cepat dibandingkan ASIC berbasis sel.
Intel® eASIC™ N5X untuk pertama kalinya menambahkan sistem prosesor keras empat inti dan pengelola perangkat aman, yang adaptasi dari Intel® Agilex™ FPGA.
Antarmuka yang mencakup JESD204 ADC/DAC dan protokol konektivitas termasuk Ethernet 10/25G tersedia untuk Perangkat Intel® FPGA dan Intel® eASIC™ N5X untuk memudahkan migrasi desain.
Perangkat Intel® easicopy™
Untuk jalur transisi yang lancar dari ASIC terstruktur ke ASIC berbasis sel, perangkat Intel® easicopy™ memungkinkan transisi ke produksi dengan volume yang sangat tinggi. Perangkat ini bekerja dengan menerapkan desain pelanggan dalam gerbang sel standar tetapi meminjam beberapa prosesor, keamanan, transiver, dan IO IP dari rangkaian ASIC terstruktur.
Alat Bantu Pengembang
Selain perangkat keras, Intel menawarkan alat dan perangkat lunak kepada developer. Alat developer seperti Perangkat Lunak Intel® Quartus® Prime Edisi Pro membantu mengurangi waktu pengembangan dan biaya desain FPGA.
Intel® eASIC™ eTools menawarkan kerangka kerja untuk konversi dan validasi desain menggunakan kombinasi alat pihak ketiga yang dikembangkan secara internal dan standar industri. Hal ini mencakup perpustakaan sintesis dan simulasi, pembungkus IP untuk mengimplementasikan fungsi eASIC, serta skrip untuk validasi kode serta menjalankan alat sintesis dan simulasi pihak ketiga. Perangkat lunak Pendesain Platform Intel® Quartus® digunakan untuk konfigurasi sistem prosesor keras. DSP Builder for Intel® FPGAs dapat juga mengeluarkan kode FPGA dan kode RTL siap eASIC™.
Dengan portofolio silikon yang beragam, Intel memungkinkan arsitek sistem untuk mendesain solusi yang sangat dapat disesuaikan. Hanya Intel yang menyediakan prosesor Intel® Xeon®, perangkat Intel® FPGA, ASIC, dan ASIC terstruktur baru. Pilihan ini terdiri dari kontinum logika kustom yang memungkinkan arsitek untuk memenuhi kebutuhan unik mereka untuk waktu pemasaran, performa, daya, dan biaya.