So wählen Sie den richtigen FPGA-Hersteller aus

Was sind FPGAs?

Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) sind integrierte Schaltkreise, die so konzipiert sind, dass sie nach der Herstellung vom Kunden oder Designer konfiguriert werden können, daher der Begriff „feldprogrammierbar“. FPGAs bestehen aus einer Reihe programmierbarer Logikblöcke, Speicherelemente und einer Hierarchie rekonfigurierbarer Verbindungen, die es ermöglichen, diese Blöcke in vielen verschiedenen Konfigurationen miteinander zu verdrahten. Allerdings kann die Auswahl des richtigen FPGA aus den vielen Herstellern und Modellen überwältigend sein. Dieser Artikel hilft Ihnen, die verschiedenen Faktoren zu verstehen, die bei der Auswahl eines FPGA-Herstellers zu berücksichtigen sind, um die am besten geeignete Lösung zu finden.

1. Leistungsanforderungen bestimmen

Bei der Auswahl eines FPGA-Herstellers besteht der erste Schritt darin, die spezifischen Leistungsanforderungen Ihrer Anwendung zu ermitteln.

Rechenleistung: Hochleistungsanwendungen (wie Hochgeschwindigkeitsdatenverarbeitung und KI-Beschleunigung) erfordern normalerweise mehr Rechenleistung. In solchen Fällen sollten Sie die Virtex-Serie von Xilinx oder die Stratix-Serie von Intel in Betracht ziehen, die leistungsstarke Rechenfunktionen bieten, um komplexen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden.

Taktfrequenz: Die Taktfrequenz ist ein Schlüsselfaktor bei der Bestimmung der FPGA-Leistung. Hohe Taktfrequenzen können die Verarbeitungsgeschwindigkeit verbessern, was für Anwendungen, die eine schnelle Datenverarbeitung erfordern, entscheidend ist. Vergleichen Sie die maximalen Taktfrequenzen verschiedener FPGAs und wählen Sie eines aus, das Ihren Anforderungen entspricht.

Anzahl der Logikeinheiten: Logikeinheiten sind die grundlegenden Bausteine eines FPGAs und bestimmen dessen Programmierbarkeit und Verarbeitungsfähigkeit. Bewerten Sie die Anzahl der erforderlichen Logikeinheiten basierend auf der Komplexität Ihres Designs und wählen Sie das entsprechende FPGA-Modell aus.

2. Berücksichtigen Sie den Stromverbrauch

Der Stromverbrauch ist ein entscheidender Faktor in vielen Anwendungen, insbesondere in tragbaren Geräten und eingebetteten Systemen.

Anwendungen mit geringem Stromverbrauch: Wenn Ihre Anwendung stromempfindlich ist, wie z. B. in tragbaren Geräten, sollten Sie die iCE40-Serie von Lattice Semiconductor oder die IGLOO-Serie von Microsemi in Betracht ziehen. Diese Serien sind für ihren geringen Stromverbrauch bekannt und eignen sich für Szenarien mit strengen Strombeschränkungen.

Strombudget: Wählen Sie ein FPGA-Modell basierend auf der Anwendungsumgebung und dem Strombudget. Beispielsweise kann ein höherer Stromverbrauch in industriellen Anwendungen im Austausch für eine höhere Leistung akzeptabel sein, während batteriebetriebene tragbare Geräte Modelle mit geringem Stromverbrauch benötigen.

3. Budget und Kosteneffizienz

Das Budget ist ein wesentlicher Faktor bei der Auswahl eines FPGA, da es zwischen verschiedenen Herstellern und Serien erhebliche Preisunterschiede gibt.

Budgetbeschränkungen: Nachdem Sie Ihre Budgetbeschränkungen definiert haben, filtern Sie FPGA-Modelle heraus, die in Ihr Budget passen. High-End-Modelle von Unternehmen wie Xilinx und Intel sind normalerweise teurer, während Mittelklassemodelle von Lattice und Gowin eine bessere Kosteneffizienz bieten.

Kosteneffizienz: Es ist entscheidend, das optimale Gleichgewicht zwischen Leistung und Kosten zu finden. Für Projekte mit begrenztem Budget sollten Sie Mittelklassemodelle wie die Artix-Serie von Xilinx oder die Cyclone-Serie von Intel in Betracht ziehen, die eine ordentliche Leistung zu vernünftigen Preisen bieten.

4. Entwicklungstools und Ökosystem

Die Entwicklungstools und das Ökosystem eines FPGA sind für die Entwicklungseffizienz und das Endprodukt von entscheidender Bedeutung.

Entwicklungssoftware: Führende Hersteller bieten verschiedene Entwicklungstools an, wie etwa Vivado von Xilinx, Quartus Prime von Intel und Diamond von Lattice. Probieren Sie diese Tools bei Ihrer Auswahl aus, um ihre Benutzerfreundlichkeit, Funktionen und Supportressourcen zu bewerten.

Ökosystemunterstützung: Ein reichhaltiges Ökosystem aus IP-Kernen, Referenzdesigns und Support durch die Entwicklungscommunity kann die Entwicklungseffizienz erheblich steigern. Wählen Sie Hersteller mit starker Ökosystemunterstützung, um auf mehr Ressourcen und Unterstützung zuzugreifen und den Entwicklungsfortschritt zu beschleunigen.

5. Geräteverpackung und -größe

Unterschiedliche Verpackungsarten und -größen von FPGAs eignen sich für verschiedene Anwendungsszenarien.

Verpackungsarten: Wählen Sie die geeignete Verpackungsart (z. B. BGA, QFP) basierend auf Ihrem PCB-Design und den Platzbeschränkungen. BGA-Verpackungen eignen sich normalerweise für hochdichte, leistungsstarke Designs, während QFP-Verpackungen einfacher von Hand zu löten sind und sich ideal für die Produktion kleiner Stückzahlen eignen.

Größenanforderungen: Stellen Sie sicher, dass die physische Größe des FPGAs Ihren Designanforderungen entspricht. Wählen Sie für platzbeschränkte Anwendungen kleine, hochdichte FPGAs, um PCB-Platz zu sparen und die Designkompaktheit zu verbessern.

6. Anwendungsbereich

Verschiedene Hersteller haben Stärken in bestimmten Bereichen, wählen Sie also den richtigen FPGA-Hersteller und das richtige Modell basierend auf Ihrem Anwendungsbereich.

Spezielle Anforderungen:Microsemi beispielsweise zeichnet sich durch Hochsicherheitsanwendungen aus, wobei seine FPGAs weit verbreitet in der Verteidigung und der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden. Die FPGAs von Lattice, die für ihre geringe Größe und ihren geringen Stromverbrauch bekannt sind, werden häufig in der Unterhaltungselektronik eingesetzt und eignen sich für tragbare Geräte.

Zertifizierungen und Standards: Einige Anwendungen erfordern möglicherweise spezielle Zertifizierungen und Standards, wie z. B. in der Automobil-, Medizin- und Luft- und Raumfahrtindustrie. Achten Sie bei der Auswahl eines FPGA darauf, dass es die relevanten Branchenzertifizierungen und -standards erfüllt, um die Anwendungsanforderungen zu erfüllen.

7. Lieferkette und Support

Die Stabilität der Lieferkette und der technische Support durch den Hersteller sind entscheidend für den Projekterfolg.

Stabilität der Lieferkette: Wählen Sie Hersteller mit zuverlässigen und stabilen Lieferketten, um sicherzustellen, dass sich die Entwicklung und Produktion Ihres Projekts nicht aufgrund von Lieferproblemen verzögert.

Technischer Support: Der technische Support und die Servicequalität des Herstellers sind ebenfalls wichtig. Bewerten Sie den technischen Support des Herstellers, einschließlich Designunterstützung, Dokumentation, Online-Ressourcen sowie die Reaktionsfähigkeit und Professionalität des technischen Supportteams.

8. Zukünftige Skalierbarkeit

Berücksichtigen Sie bei der Auswahl eines FPGA zukünftige Erweiterungs- und Upgrade-Anforderungen.

Upgradefähigkeit: Wenn Ihr Projekt in Zukunft Upgrades erfordern könnte, wählen Sie FPGA-Modelle mit Skalierbarkeit und Upgradefähigkeit, um zukünftige Entwicklungskosten und -zeit zu reduzieren.

Kompatibilität: Prüfen Sie die Kompatibilität und Migrationskosten zwischen verschiedenen Modellen, um bei Bedarf einen reibungslosen Übergang zu leistungsstärkeren FPGAs sicherzustellen.

Fallstudie: Beispiel für Auswahlprozess

Angenommen, Sie haben ein Audiosignalverarbeitungsprojekt mit mittlerer Leistung, geringem Stromverbrauch und begrenztem Budget:

1. Anforderungen festlegen: Ihr Projekt benötigt ein FPGA mit mittlerer Leistung für die Audiosignalverarbeitung, geringen Stromverbrauch und ein begrenztes Budget.
2. Erste Prüfung: Wählen Sie FPGA-Serien mit geringem Stromverbrauch und mittlerer Leistung, wie die iCE40-Serie von Lattice oder die IGLOO-Serie.
3. Leistung und Preis vergleichen: Vergleichen Sie die Leistungsparameter, den Stromverbrauch und die Preise verschiedener Modelle im Detail und wählen Sie das kostengünstigste Modell aus.
4. Entwicklungstools bewerten: Probieren Sie die Entwicklungstools der jeweiligen Hersteller aus, wie z. B. Diamond von Lattice, und bewerten Sie deren Benutzerfreundlichkeit und Supportressourcen.
5. Endgültige Auswahl: Wählen Sie nach umfassender Überlegung das FPGA der iCE40-Serie von Lattice, um die Leistungsanforderungen zu erfüllen, einen geringen Stromverbrauch zu haben und in das Budget zu passen.