ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
ETNdigi-superbanner
37  #  square finsk sajt en vecka i maj
2026  # megabox

IN FOCUS

3D-piirit pakottavat suunnittelun huomioimaan lämmön, tehon ja mekaniikan

3D-IC-arkkitehtuureihin siirtyville suunnittelutiimeille suorituskyvyn ja luotettavuuden jatkuva parantaminen tuo mukanaan tuttuja mutta yhä monimutkaisempia haasteita: miten hallitaan tehonkulutusta, poistetaan lämpöä ja otetaan huomioon erilaisten fysikaalisten ilmiöiden monimutkainen vuorovaikutus pinotuissa rakenteissa?

Lue lisää...

ETNtv

 
ECF25 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan
  • Aku Wilenius, CN Rood
  • Tiitus Aho, Tria Technologies
  • Joe Hill, Digi International
  • Timo Poikonen, congatec
  • ECF25 panel
ECF24 videos
  • Timo Poikonen, congatec
  • Petri Sutela, Testhouse Nordic
  • Tomi Engdahl, CVG Convergens
  • Henrik Petersen, Adlink Technology
  • Dan Still , CSC
  • Aleksi Kallio, CSC
  • Antti Tolvanen, Etteplan
ECF23 videos
  • Milan Piskla & David Gustafik, Ciklum
  • Jarno Ahlström, Check Point Software
  • Tiitus Aho, Avnet Embedded
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Pasi Suhonen, Rohde & Schwarz
  • Joachim Preissner, Analog Devices
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Xiphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

ETN

Sep # TME square
TMSNet  advertisement
ETNdigi
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Share on Facebook Share on Twitter Share on LinkedIn

TECHNICAL ARTICLES

FFSA yhdistää FPGA- ja ASIC-piirien edut

Tietoja
Kirjoittanut Patrick Osterloh, Toshiba Electronics Europe
Julkaistu: 25.04.2017
  • Suunnittelu & ohjelmointi

Toshiban kehittämä ohjelmoitavien logiikkapiirien FFSA-rakenne (Fast Fit Structured Array) tarjoaa kustannustehokkaan vaihtoehdon perinteisille FPGA-porttimatriiseille. Se on tarkoitettu erityisesti suunnittelijoille, jotka haluavat nopeasti saada sovellukseensa suorituskykyistä logiikkaa mutta selvitä merkittävästi ASIC-piirejä vähäisemmin suunnittelukuluin jo pienilläkin tuotantovolyymeillä.

 Artikkelin kirjoittaja Patrick Osterloh toimii Toshiba Electronics Europen teknisenä johtajana.

Kun järjestelmän suunnittelu vaatii integroidun ratkaisun, mutta sopivaa standardipiiriä ei ole tarjolla, ohjelmoitava porttimatriisi FPGA tarjoaa nopeasti ja kohtuullisin kuluin suunniteltavan ratkaisun esimerkiksi protojen tekemiseen tai pienimuotoiseen sarjatuotantoon. Sovelluskohtaisesti asiakkaalle kokonaan räätälöity ASIC-piiri puolestaan soveltuu parhaiten käyttöön silloin, kun vaaditaan hyvin korkean tason integraatiota ja ytimen suorituskykyä sekä vähäistä tehonkulutusta tyypillisesti laitteessa, jota on tarkoitus valmistaa hyvin suuria määriä. Tuotantovolyymin on oltava niin suuri, että alenevasta yksikköhinnasta saatu hyöty kompensoi ASIC-piirin suunnittelun mittavat NRE-kulut (Non-Recurring Engineering). Vahva kysyntä uusien tuotteiden yhä paremmalle suorituskyvylle, edullisemmalle hinnalle ja nopeammille toimitusajoille on saanut suunnittelijat kaipaamaan ratkaisua, joka sijoittuisi näiden kahden vaihtoehdon välimaastoon. Ratkaisun tulisi tarjota sovellukselle huippuluokan suorituskyky ja tuotteen nopea läpimenoaika, mutta merkittävästi alhaisemmin kustannuksin ja tuotantomäärin kuin ASIC.

Itse asiassa tällainen tarve on lisääntynyt jo jonkin aikaa. Aiemmin FPGA-valmistajat ovatkin tarjonneet suunnittelijoille lähestymistavaltaan uusia ratkaisuja kuten minimalistisia FPGA-piirejä tai replikaatiopalveluja, jotka kykenevät siirtämään suunnitelman halvemmalle piirialustalle. Toisaalta ASIC-piirien toimittajatkin ovat tarjonneet uusia tuoteluokkia kuten strukturoituja matriiseja, jotka nopeuttavat piirin kehityssykliä ja alentavat NRE-kustannuksia.

Viime aikoina Toshiba on oivaltanut mahdollisuuden tarjota tähän tarpeeseen erityistä FFSA-piirirakennetta (Fast Fit Structured Array), joka yltää ASIC-piirien kaltaiseen suorituskykyyn mutta paljon alhaisemmin NRE-kuluin verrattuna vastaavaan vakiosoluista koostuvaan ASIC-piiriin. Kuvassa 1 verrataan FPGA-, FFSA- ja ASIC-arkkitehtuureja. Siitä nähdään, kuinka FFSA sijoittuu ominaisuuksiltaan ohjelmoitavien porttimatriisien ja sovelluskohtaisesti asiakkaalle räätälöityjen piirien välimaastoon.

Kuva 1. FFSA-arkkitehtuurissa yhdistyvät FPGA-piirien toteutuksen nopea läpimenoaika sekä ASIC-piirien suorituskyky ja suunnitteluvuo.

FFSA-toteutuksen tärkeimmät edut

FFSA on kustannustehokas myös pienillä tuotantomäärillä ja se voi kilpailla vahvasti FPGA-piirien kanssa jopa kymmenentuhannen kappaleen vuosituotantotasolla. Toshiban valmiudet FFSA- ja ASIC-piireissä tarjoavat yhdessä laajan valikoiman ratkaisuja asiakaspiirien markkinoille. Näin on saatu aikaan luonteva polku siirtyä pehmeästi FPGA-protopiireistä lähes riskittömästi FFSA-toteutukseen pienillä ja keskitason tuotantomäärillä ja lopulta varsinaiseen ASIC-ratkaisuun tai FFSA:n edistyneimpään muotoon siinä vaiheessa, kun on tarve siirtyä lopulliseen suuren volyymin tuotantoon.

FFSA on strukturoitu matriisi, joka muodostuu tasapainoisesta yhdistelmästä logiikkaporttisoluja ja täysin räätälöitävää SRAM-muistia sekä huippunopeita lähetin-vastaanottimia ja ohjelmoitavia I/O-puskureita. Yhdistelmä soveltuu hyvin monentyyppisten asiakkaiden erilaisiin tarpeisiin. Strukturoidun matriisirakenteen ylimmät metallikerrokset on varattu piirin räätälöintiä varten ja alimmat metallikerrokset ovat yhteiset kaikille asiakkaille. Tämän ansiosta osa maskeista voidaan valmistaa jo etukäteen, mikä lyhentää sekä kehitys- että valmistusaikaa ja antaa mahdollisuuden jakaa suurimman osan kokonaiskustannuksista useiden eri asiakassovellusten kesken, jolloin selvitään merkittävästi alhaisemmin NRE-kuluin. Lisäksi kun räätälöinti rajoitetaan vain muutamaan metallikerrokseen, valmistuksen läpimenoaika suunnitelman lopullisesta RTL-datasta ensimmäisten näytepiirien toimituksiin kutistuu tyypillisesti noin kymmeneen viikkoon.

Yhdistelmäkonsepti FFSA+ vielä laajentaa tämän lähestymistavan etuja. Siinä perinteiseen ASIC-piiriin on sisällytetty yksi tai useampia FFSA-lohkoja. Piialusta on valmiiksi täysin räätälöity, mutta sisäiset FFSA-lohkot sallivat ydinlogiikan ja SRAM-muistilohkojen asiakaskohtaisen räätälöinnin hyvin nopeasti vain muutaman metallikerroksen avulla. Näin samasta päätuotteesta voidaan eriyttää erilaisia versioita hyvin nopealla aikataululla ja houkuttelevaan hintaan. Tämä antaa laitevalmistajille mahdollisuuden tuoda markkinoille joko samanaikaisesti tai nopeasti peräkkäin useita yksilöllisiä tuotevariantteja, jotka täyttävät eri markkinasegmenttien tai standardien vaatimukset.

Ei ainoastaan liimalogiikkaa

Toshiba jatkaa FFSA-konseptin tukemista kehittämällä uusia IP-lohkoja, jotka tarjoavat vahvan tuen muun muassa muisti- ja verkkolaitteille sekä teollisuuden ja digitaalisen kuvankäsittelyn sovelluksiin. Tärkeimmät toimintalohkot tarjoavat muun muassa metalloinnin avulla konfiguroitavia SRAM-lohkoja, jotka tukevat sekä yksi- että kaksiporttisia SRAM-muisteja, rekistereitä ja ROM-lohkoja. Konsepti sisältää myös monikäyttöisiä I/O-puskureita, jotka tukevat useita eri liitäntästandardeja kuten CMOS, TTL, LVDS, SSTL ja HSTL. Lisäksi tuettuja ovat erittäin nopeat moniprotokollaiset lähetin-vastaanottimet, jotka yltävät 12,5 gigabitin sekuntinopeuksiin linjaa kohti. Ensi vuonna saataville tulevat vieläkin nopeammat lähetin-vastaanottimet, jotka yltävät peräti 28,0 gigabitin sekuntinopeuksiin (Kuva 2). Yhdistämällä saatavilla olevat FFSA-piiriresurssit maineikkaiden IP-toimittajien tuottamiin huippuluokan ohjainlohkoihin, Toshiba tarjoaa FFSA-asiakkailleen käyttövalmiita IP-alijärjestelmiä. Näihin kuuluvat DDR-muistit, PCIe- ja Ethernet-väyläratkaisut sekä eri standardien mukaiset huippunopeat liitännät.

 

Kuva 2. FFSA-konseptin ominaisuudet ja kehityssuunnitelman aikataulu.

Kuva 3. FFSA-konseptissa on hyödynnetty puolijohdeprosessin kehitysaskelten tuomia parannuksia piirien toimintanopeuksissa ja pakkaustiheydessä.

FFSA-toteutus ei tarjoa ainoastaan alhaisempia kustannuksia, vaan myös noin nelinkertaista logiikan tiheyttä FPGA-toteutukseen verrattunua. Tämän ansiosta suunnittelijat voivat toteuttaa useita FPGA-piirejä vaativan suunnitelman yhdellä FFSA-piirillä. Lisäksi FFSA-piirin tehohäviö on tyypillisesti alle kolmasosa toiminnaltaan vastaavasta FPGA-toteutuksesta. Näin suunnittelijat voivat käyttää laitteen teholähteessä hinnaltaan edullisempia komponentteja sekä yksinkertaistaa laitteen lämpösuunnittelua ja jäähdytysratkaisuja. Tämän ansiosta on mahdollista päästä merkittäviin lisäsäästöihin koko toteutuksen materiaalikuluissa (BOM).

Protoja vaivattomasti

Toshiba on laatinut suunnittelijoita varten helpon kasvupolun FPGA:sta FFSA-toteutukseen, jota se tarjoaa nimellä Easy Prototyping. Kuva 4 esittää reaalimaailman esimerkin siitä, miten FPGA-prototyypin tuottaminen ja halutun FFSA-toteutuksen kehittäminen voidaan toteuttaa samanaikaisesti.

Asiakkaat voivat käyttää alijärjestelminä samoja IP-lohkoja, joita Toshiba tarjoaa sekä FPGA-protopiirejä että FFSA-toteutusta varten. Lisäksi kun asiakkaat käyttävät toteutuksessa alijärjestelminä yhtiön IP-kirjaston lohkoja, joiden ympäryslogiikka on tarkoitettu FPGA-protoja varten, tarve ylläpitää rinnakkain kahta eri RTL-koodiversiota voidaan eliminoida. Näin voidaan säästää arvokkaita suunnitteluresursseja. Käyttämällä samoja IP-alijärjestelmiä ja RTL-koodiversioita sekä FPGA- että FFSA-toteutukseen voidaan myös ohjelmistonkehitys aloittaa jo hyvin varhaisessa vaiheessa. FPGA-protoalustalle suunniteltu alatason ohjauskoodi voidaan saumattomasti siirtää FFSA-alustalle heti, kun ensimmäiset piinäytteet ovat saatavilla. Tämän ansiosta asiakkaat voivat saada merkittävää kilpailuetua lopputuotteen tuomisessa markkinoille mahdollisimman nopeasti. Vastaava Easy Prototyping -konsepti on tarjolla myös ASIC-piirien kehitykseen.

Kuva 4a.

Kuva 4b. FPGA-prototyyppi ja vastaava FFSA-toteutus voidaan suunnitella samanaikaisesti.

MORE NEWS

Googlen jätti-investointi: aika on kypsä uudelle ydinvoimalle

Googlen 13 miljardin euron investointi Suomeen on valtava uutinen. Vielä suurempi uutinen saattaa kuitenkin olla se, mitä investointi kertoo Suomen sähköntarpeesta. Tekoäly tarvitsee sähköä. Paljon sähköä, tasaisesti ja ympäri vuorokauden.

Näkyvän valon netti sammui

Skotlantilainen Purelifi, yksi valoon perustuvan langattoman tiedonsiirron pioneereista, on asetettu maksukyvyttömyysmenettelyyn. Itse LiFi-tekniikka saatiin toimimaan ja tietoturva oli yksi sen vahvimmista valteista, mutta rahat loppuivat ennen kuin liiketoiminta ehti kannattavaksi. Kaikki yhtiön 42 työntekijää on irtisanottu.

Uusi 3D-rakenne kutistaa analogiapiirin vaatiman tilan viidesosaan

Japanilainen Nisshinbo Micro Devices on kehittänyt uuden 3D-rakenteen, jossa analoginen IC-piiri ja sen tarvitsemat passiivikomponentit voidaan yhdistää samaan koteloon. Silicon Motherboard -prototyypissä ratkaisu pienensi piirilevyltä tarvittavaa asennuspinta-alaa noin 80 prosenttia.

80 wattia irti tulitikkuaskin kokoisesta teholähteestä

Sveitsiläinen Traco Power on tuonut markkinoille TEN 80WI -sarjan DC/DC-muuntimet, jotka tuottavat 80 watin tehon vain 2 × 1 tuuman kokoisesta kotelosta. Mitoiltaan noin 51 × 25 millimetrin teholähde on siis suunnilleen tulitikkuaskin kokoinen.

Omron automatisoinut Suomea 40 vuoden ajan

Japanilainen automaatioyhtiö Omron juhlii tänä vuonna 40-vuotista toimintaansa Suomessa. Yhtiö vie syyskuussa automaatioteknologiaansa viidelle paikkakunnalle kiertueella, joka päättyy 40-vuotisjuhlaan Espoossa.

ChatGPT:stä löytyi vakava tietoturva-aukko

Check Point Research löysi OpenAI:n ChatGPT-palvelusta haavoittuvuuden, jonka avulla hyökkääjä pystyi komentamaan toisen käyttäjän tekoälyistuntoa salaa. Demonstraatiossa ChatGPT luki uhrin Gmailista tietoja ja välitti ne hyökkääjälle käyttäjän huomaamatta. Haavoittuvuus on jo korjattu.

Uusi piiri tasapainottaa litiumkennot nopeammin

STMicroelectronics on tuonut markkinoille uuden akunhallintapiirin, joka nopeuttaa litiumakkujen kennojen tasapainotusta. L9962 tarjoaa 70 milliampeerin balansointivirran ja valvoo jopa kymmentä sarjaan kytkettyä kennoa.

Fujitsu rakensi timanttispineihin perustuvan kvanttitietokoneen

Fujitsu kertoo rakentaneensa maailman ensimmäisen toimivan kvanttitietokoneprototyypin, jossa timantin tina-vakanssikeskuksiin perustuvat spinkubitit on yhdistetty fotonisiin integroituihin piireihin.

Suprajohtava piiri voi ratkaista CMOSin teho-ongelman

Belgialainen tutkimuslaitos Imec vie suprajohtavia piirejä kohti teollista valmistusta. Uudessa NbTiN-prosessissa johdot on kutistettu 30 nanometriin ja Josephson-liitoksia voidaan pakata miljoonia neliösentille. Tekniikasta haetaan huomattavasti CMOSia energiatehokkaampaa ratkaisua tulevien AI- ja HPC-järjestelmien laskentaan.

AI-agentit tulevat FPGA-kehitykseen

Tänään Tukholmassa järjestettävä FPGAworld osoittaa, kuinka tekoäly muuttaa FPGA-alaa kahdesta suunnasta. FPGA-piirit saavat kasvavan roolin fyysisessä tekoälyssä ja robotiikassa, mutta samalla AI-agentit ovat tulossa osaksi itse FPGA-suunnittelun ja verifioinnin työkaluja.

Satelliittiyhteys tulee yli sataan miljoonaan autoon

Satelliittiyhteydet ovat tulossa nopeasti osaksi autojen tietoliikennettä. Omdian ennusteen mukaan satelliitti-IoT-yhteydellä varustettujen ajoneuvojen määrä kasvaa vuoden 2023 vain 11 000 autosta yli 112 miljoonaan vuoteen 2035 mennessä.

Minikaiutin tarvitsee litran tuhannesosan ilmaa toimiakseen oikein

Minikaiuttimen suorituskyky ei riipu vain itse kaiutinelementistä. Jo yhden kuutiosenttimetrin eli litran tuhannesosan kokoinen ilmatila elementin takana voi ratkaista, saavutetaanko sille luvattu suorituskyky. Same Sky on tuonut tähän tarkoitukseen valmiit prototyyppikotelot.

Pikalatauskaapeli voi olla jopa 100 metrin mittainen

Saksalainen Vector on kehittänyt raskaan liikenteen DC-lataukseen ratkaisun, jossa ajoneuvon ja keskitetyn latauslaitteiston välinen kaapelointi voi olla jopa 100 metriä pitkä. Kyse ei ole siitä, että kuljettaja käsittelisi satametristä kaapelia, vaan latauspistoke voidaan sijoittaa kauas keskitetystä tehoelektroniikasta esimerkiksi bussi- tai kuorma-autovarikolla.

Trumpin politiikka näkyy jo siruvalmistuksessa

Donald Trumpin hallinnon voimakas pyrkimys palauttaa puolijohteiden tuotantoa Yhdysvaltoihin alkaa näkyä konkreettisina muutoksina siruteollisuuden toimitusketjuissa. Tehopuolijohteita kehittävä Navitas Semiconductor aloittaa tässä kuussa uusimpien GaN-piiriensä valmistuksen Globalfoundriesin tehtaalla Vermontissa.

SSD-valmistajat hylkäävät kuluttajia

NAND-valmistajat siirtävät tuotantokapasiteettia kuluttajien SSD-levyistä paremmin tuottaviin datakeskuslevyihin. AI-palvelimien kysyntä on nostanut enterprise-SSD-markkinan ennätykseen ja samalla kiristänyt kuluttajamarkkinan tarjontaa.

5G:n peitto paranee ilman uusia tukiasemia

5G-verkon peittoa voidaan parantaa etenkin solujen reuna-alueilla ja sisätiloissa ilman tukiasemien lähetystehon kasvattamista tai uuden verkkoinfrastruktuurin rakentamista. Anritsu ja Mediatek ovat nyt verifioineet tähän tarkoitetut 3GPP Release 17 -ominaisuudet.

Puolijohteiden valmistuslaitteiden myynti kiihtyy Euroopassa

Puolijohteiden valmistuslaitteiden markkinat kasvavat nyt nopeasti, ja Euroopassa vauhti on selvästi maailman keskiarvoa kovempaa. SEMI:n mukaan laitemyynti kasvoi Euroopassa toisella neljänneksellä peräti 70 prosenttia vuodentakaisesta.

16 gigabitin avoin linkki vie grafiikan auton näytölle

Marelli ja Microchip ovat toteuttaneet auton keskuslaskennan ja näyttöjen välisen videoyhteyden avoimella ASA Motion Link -standardilla. Ratkaisu siirtää grafiikkaa ja videota jopa 16 gigabitin sekuntinopeudella.

EU:n uusi kybervelvoite iskee siruvalmistajiin viikon päästä

EU:n kyberkestävyyssäädöksen eli CRA:n (Cyber Resilience Act) ensimmäiset käytännön velvoitteet tulevat voimaan 11. syyskuuta. Viikon päästä valmistajien on alettava raportoida aktiivisesti hyväksikäytetyistä haavoittuvuuksista ja vakavista tietoturvapoikkeamista. Velvoite koskee myös EU:n ulkopuolisia puolijohdeyrityksiä, jos niiden tuotteita myydään unionin markkinoilla.

Uusi SiC-transistori avaa tien 600 asteen elektroniikkaan

Kioton yliopiston tutkijat ovat kehittäneet piikarbidista transistorin, joka toimii jopa 600 celsiusasteen lämpötilassa. Uusi SiC-rakenne voisi mahdollistaa integroidut piirit ympäristöihin, joissa tavallinen piielektroniikka ei enää selviä.

Sep # puffbox mobox till tme native
37  #  mobox för square
2026  # mobox för megabox
Sep  # puffbox mobox till square
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Suojattu flash suojaa kaikki nettiin liitetyt laitteet

ETN - Technical articleSuojattu flash-muisti tarjoaa verkkoon liitetyille laitteille ja järjestelmille laitteistopohjaisen suojauskerroksen ja täyttää NIST SP800-193 -ohjeistuksen mukaiset häiriönsietovaatimukset. Muistipiireihin erikoistuneen Winbondin kehittämä suojattu flash-piiri on myös suoraan korvaava ja täysin yhteensopiva tavanomaisten NOR-flash-piirien kanssa.

Lue lisää...

OPINION

Googlen jätti-investointi: aika on kypsä uudelle ydinvoimalle

Googlen 13 miljardin euron investointi Suomeen on valtava uutinen. Vielä suurempi uutinen saattaa kuitenkin olla se, mitä investointi kertoo Suomen sähköntarpeesta. Tekoäly tarvitsee sähköä. Paljon sähköä, tasaisesti ja ympäri vuorokauden.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • Googlen jätti-investointi: aika on kypsä uudelle ydinvoimalle
  • Näkyvän valon netti sammui
  • Uusi 3D-rakenne kutistaa analogiapiirin vaatiman tilan viidesosaan
  • 80 wattia irti tulitikkuaskin kokoisesta teholähteestä
  • Omron automatisoinut Suomea 40 vuoden ajan

NEW PRODUCTS

  • 80 wattia irti tulitikkuaskin kokoisesta teholähteestä
  • Uusi piiri tasapainottaa litiumkennot nopeammin
  • Mediatekin uusin tuo kielimallit kodinkoneisiin
  • Bluetooth haastaa UWB:n etäisyysmittauksessa
  • 6 watin DC/DC-muunnin mahtuu tuuman koteloon
 
 

Section Tapet