关于FPGA和ASIC的区分和应用

在数字系统中ASIC和FPGA本身就有太多相似的地方，如我们看到的，在图像处理领域，ASIC和FPGA可以完成同样的图像处理任务；在通信领域，ASIC和FPGA可以完成相同的信道编码、高速通信接口等任务，这样的例子举不胜数。ASIC设计和FPGA设计中也存在着很多的相似的地方。它们二者在功能实现中都采用HDL描述。乍一看，二者似乎完全相同，但二者之间又互有优缺点。

首先说说什么是ASIC？

ASIC（ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成威廉希尔官方网站 ）是一种应对特定用户和特定电子系统而专门设计的集成威廉希尔官方网站 。因为数字系统的发展和广泛应用，当大家听到ASIC时，会默认为其为数字IC。其实不论它是模拟或数字的，或两者的混合，任何具有特定功能和特定用途的芯片都是一个ASIC。例如，ISP主要针对图像处理，完成图像噪声去除、坏点去除、白平衡、自动曝光控制等功能。由于其定制式的设计，在设计中可以根据威廉希尔官方网站 的功能和性能的要求对威廉希尔官方网站 中的基本原件，如与门，或门，开关威廉希尔官方网站 ，触发器等按照特定的方式排列，实现最小面积，最优功耗等设计优化，因此ASIC具有体积小、功耗低、可靠性提高、执行速度快等优点。有优点当然也有缺点，定制化的设计会使得一旦制造完成威廉希尔官方网站 就固定，无法再更改。

ASIC芯片内部结构图

其次再看看什么是FPGA？

FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）本质也是一种ASIC，是一种包括可以配置逻辑模块、可配置连线资源的ASIC。完全由用户通过软件进行配置和编程，从而完成某种特定的功能，且可以反复擦写。由于其可配置和可编程的特点，我们当然可以进行编程实现相应的图像噪声去除、坏点去除、白平衡、自动曝光控制等功能，从而采用FPGA完成同样的图像处理功能。其灵活性解决了定制威廉希尔官方网站 的不足，在修改和升级时，不需额外地改变PCB威廉希尔官方网站 板，只是在计算机上修改和更新程序，使硬件设计工作成为软件开发工作，缩短了系统设计的周期，提高了实现的灵活性。可配置的带来的影响当然是功耗高、体积大、执行速度和可靠性方面较差一些。

FPGA内部结构图

从内部结构图中可以看出FPGA芯片内部更规整，基本单元有规律的平均分布在芯片内部，而ASIC芯片里面基本找不到相同的地方。打个比方，ASIC芯片就好比普通住宅，每种户型的户内格局与房间数不同，装修风格也完全不一样；而FPGA芯片就好比一个个由厂房仓库改建的LOFT，面积、风格全部一致。

“哎呀，有点扯远了，下面小兴就带着大家具体看看二者区别。”

ASIC和FPGA的基本单元不一样。ASIC内部各个功能模块的基本实现单元是与、或、非、触发器；FPGA基本单元为逻辑单元（由于每家的缩写不一样，所以统称逻辑单元）。一个逻辑单元包含了各种可配置单元（通过配置实现与、或、非逻辑）和触发器。ASIC芯片由于基本单元颗粒更小，单位面积利用率大大高于FPGA。                                        

ASIC基本单元示意图

FPGA基本单元示意图

设计流程不一样。ASIC设计流程需从数字前端、后端甚至模拟人员，开发周期长、风险大，而FPGA设计一个工具搞定所有问题。但是同样带来的问题是FPGA需要更严格设计规则，速度、面积、功耗等都不如ASIC效率高。

FPGA与ASIC设计流程对比

设计成本不同。ASIC芯片需要高昂的留片和封测等一次性工程费用，这就需要有一定的使用量来平摊这一成本；但从单个器件本身的角度讲，具有可配置的灵活性的FPGA较ASIC成本要高。这表示在大批量生产时ASIC具有成本低的优势，FPGA较适合应用使用量低的小产量应用场景。

可配置性。FPGA中的FP表示了Field Programmable，即现场可配置。这里小兴又要提到上面的例子，旧仓库或旧厂房改建的LOFT在房屋结构不变得条件下内部功能可以做出翻天覆地的变化。而买了一套普通住房之后基本上只能做些敲敲打打。话说回来，FPGA能做到现场可配置，也就是说上一刻FPGA是个CPU，下一刻FPGA就变成了一个ISP。对比FPGA，ASIC的可配置性为0，所以才需要更多的人员、更多的工具去保证设计无误。

应用场合。ASIC芯片一旦流片功能就无法改变，基本专片专用。而FPGA可配置特性就可以应用在功能会改变的场合，例如，原型验证，ASIC设计过程中会使用到FPGA来进行原型验证；功能升级，在产品中采用FPGA实现一些业内暂时还没成熟的解决方案，可以在后续功能变动时方便升级。

根据上述对比，我可以看出，在大批量生产和使用时，ASIC由于其体积小、功耗低、可靠性高、执行速度快等优点较为适合使用；在一些小众应用场景，在没有对应ASIC情况下，可使用FPGA替代ASIC；同时也因为FPGA的开发速度快，对于新兴产业，在还没有适用ASIC情况下，可以使用FPGA替代ASIC快速占领市场。当然因为二者之间的相似之处，在ASIC流片前，FPGA可以说是完成ASIC功能验证的不二之选。

话说没有对比就没有…..，哈哈哈，没有互相伤害了，小兴我就两者的特点给大家列出来，以方便大家可以更清楚的了解ASIC和FPGA。

先简单介绍这么多了，随着芯片制程工艺的不断发展，以及应用场景的多样化，ASIC和FPGA在产品应用中也呈现出多样化的趋势。例如，iPhone7中就已经集成了一颗FPGA芯片，在如此大出货量的产品中使用FPGA实属少见，究其原因如何网络上说法不一。这些待小兴我在后续的推送中再来分析。