1 مرتضي صاحب الزماني 1 کاربردها

2 مرتضي صاحب الزماني 2 کاربردهاي کلي Emulation: براي debug کردن مدار و اطمينان از صحت عملکرد. سرعت چندان مهم نيست ( تست functionality). Prototyping: ساخت نمونه ي اوليه ي محصول. سرعت ممکن است مهم باشد. Preproduction Use: در محصول نهايي به کار مي رود ولي در آينده توسط ASIC جايگزين خواهد شد. Production Use: در محصول نهايي به کار مي رود و برنامه اي براي جايگزيني آن وجود ندارد. حجم توليد احتمالا چندان زياد نيست. سرعت مي تواند بسيار مهم باشد.

3 مرتضي صاحب الزماني 3 کاربردهاي کلي

4 مرتضي صاحب الزماني 4 کاربردها به طور کلي CPLD براي مواردي که مدار ترکيبي بر عناصر حافظه غلبه دارد. FPGA براي مواردي که تعداد FF ها زياد است. SRAM-based ها مي توانند Dynamic Reconfigurable باشند. بعضي مي توانند Partial Reconfigurable باشند ( عملکرد بخشي از مدار تغيير کند ).

5 مرتضي صاحب الزماني 5 کاربردها به طور خاص 1. جايگزين glue random logic: مانند مدار interface بين حافظه و دستگاههاي جنبي در سيستمهاي ميكروپروسسوري. مزايا : تعداد آي سي ها كم مي شود. طرح فشرده و reliable مي شود. سريعتر كار مي كند. تغييرات آينده آسان مي شود.

6 مرتضي صاحب الزماني 6 Glue Logic Standard Microprocessor Address Decoders MUXes Registers General Timing Adjustments Memory Interface Display Interface Serial UART A/D and D/A Controller Interface Address Data Control & Status FPLD

7 مرتضي صاحب الزماني 7 کاربردها به طور خاص 2. Hardware Accelerators: در بسياري از كاربردها كارآيي بهتري از ميكروپروسسورها و DSP دارند مخصوصا وقتي كه مي توان موازي سازي كرد ( مواردي كه اعمال ساده اي بايد تكرار شوند ). مزايا : تعداد اجزا و فضاي كمتر نسخه هاي جديد را مي توان download كرد. فانكشنهاي جديد را مي توان اضافه كرد.

8 مرتضي صاحب الزماني 8 Hardware Accelerator Standard Microprocessor Image Enhancement Co-Processor Image Memory Control & Address Generator Address Data Control & Status FPLD Input Image Memory Output Image Memory Address, Data, Control

9 مرتضي صاحب الزماني 9 Proximity to Host شكلهاي مختلف Hardware Accelerator :

10 مرتضي صاحب الزماني 10 کاربردها به طور خاص شكلهاي مختلف Hardware Accelerator : 1)Functional Unit 2)Coprocessor/Attached Processor : براي دستورهاي مشخصي، محاسبات را بدون نظارت مدام ميزبان انجام مي دهد ميزبان آن را init مي کند و داده ها را به آن مي دهد يا محلي از حافظه را برايش معين مي کند تا داده ها را بردارد.  پردازش همزمان 3)A Stand-Alone Processing Unit: بيرون از سيستم مانند networked workstation به ندرت با پردازندة اصلي تبادل اطلاعات مي کند. 4) CPU Embedded in Reconfigurable Fabric:

11 مرتضي صاحب الزماني 11 کاربردها به طور خاص 3.Virtual Hardware: Static Reconfiguration Dynamic Reconfiguration (Hardware Cache or Virtual Hardware ) نياز به مديريت خاصي دارد كه يا با FPLD ديگري انجام مي گيرد يا با روتينهاي نرم افزاري يا با OS

12 مرتضي صاحب الزماني 12 Virtual Hardware Configuration Host Configuration 2 FPLD Configuration Memory Config. 1 Config. 2 (active) Config. 3

13 مرتضي صاحب الزماني 13 کاربردها به طور خاص 4. Customizable Processors: معماري processor core و instruction set بسته به application تغيير کند : تعداد رجیسترها مجموعه دستوالعمل ها (Functional Units) پهنای باس...

14 مرتضي صاحب الزماني 14 Customizable Processors Custom Instructions that operate on core datapath Processor core with datapath and control unit and core instruction set Functional Unit 1 Functional Unit n

15 مرتضي صاحب الزماني 15 PLD Market Gartner Dataquest (2009): –the number of FPGA starts: 80,000 (2004)  100,000+ (2011) –The number of ASIC starts: 7000 (2000)  3500 (2001)  2500 (2008) Xilinx: –$14.0B (ASIC) vs. $3.3B (PLD) Xilinx: –$2.8B (FPGA) vs. $0.5B (CPLD)

16 مرتضي صاحب الزماني 16 Digital video recorder Multifunctional products

17 مرتضي صاحب الزماني 17 ملاحظات اقتصادي شرکت هاي FPGA از خاصيت اعتياد استفاده مي کنند : – مشتري يک / دو FPGA آخرين تکنولوژي و گران را مي خرد ( تصور : فقط براي توسعه / آزمايش ) – چند تا براي مهندسان ديگر –10-15 تا براي prototyping –... – محصولي که با FPGA کار مي کند – فشار Time to market: وقت براي انتقال به FPGA ارزان يا ASIC و debug نيست – خريد هزاران FPGA –…. ~ 24% of Xilinx-Altera customers are using large FPGAs: (Virtex 4, Virtex 5, Virtex 6, Stratix-II, Stratix-III, Stratix-IV)

18 مرتضي صاحب الزماني 18 ملاحظات اقتصادي قانون سرانگشتي : – تا 50,000 تا به ASIC مراجعه نمي کنند – حدود 250,000 احتمالاً ASIC – بيش از 1,000,000 حتماً ASIC اما Tapeout پرستيژ دارد.

19 مرتضي صاحب الزماني 19 Intellectual Property IP: –No time to design a chip completely from scratch. –Called design reuse among engineers, –Business of supplying reusable functions and features is called intellectual property licensing. –Several companies do nothing but create and sell these silicon functions. Don't deliver any physical or tangible product. They merely share their design blueprints under license.

20 مرتضي صاحب الزماني 20 Intellectual Property IP: –The most valuable type: microprocessors –Few ASIC designers want, or need, to design their own CPU –Choosing an existing microprocessor makes the ASIC compatible with that microprocessor's software –A new in-house microprocessor would have no industry support at all, but a popular microprocessor licensed from a major vendor might come with piles of software behind it.

21 مرتضي صاحب الزماني 21 Wanted IPs – Packet Processor –HDMI 1.4 Verification IP –USB3.0 PHY –USB2.0 Device Phy + controller –32K points ComplexFFT –DDR3 memory controller –RFID EPC Gen2 Digital IP Core –Bluetooth Baseband Controller –16-bit Microcontroler RISC and C-Compiler Design-Reuse May, 2012 (

22 مرتضي صاحب الزماني 22 IP Industry End Market Distribution (Total = $533M) [insideChips]

23 مرتضي صاحب الزماني 23 IP Acquisition Alternative IP acquisition points

24 مرتضي صاحب الزماني 24 IP Business Almost all IP suppliers charge an up-front license fee and royalties. The regular maintenance payments might be optional. [Essential02]

25 مرتضي صاحب الزماني 25 IP Business Royalties aren't due until the customer produces chips, which might never happen. Designing an ASIC and putting it into production takes 12 to 18 months Half of their customers will never pay them any royalties whatsoever (chip doesn’t work, project cancelled, company acquired, …)

26 مرتضي صاحب الزماني 26 Hard vs. Soft IP Cores Soft IP: –Sold in HDL (synthesizable) Hard IP: –Synthesized (and placed & routed) –Ready to be manufactured

27 Hard vs. Soft IP Cores Soft IP Advantages: –Easier for the customer (the chip-design team) to work with –Easier to integrate into the rest of the chip design especially if the rest of the chip is also being designed with the same HDL. مرتضي صاحب الزماني 27

28 Hard vs. Soft IP Cores Soft IP Disadvantages: –Larger size –Slower speed –Higher cost when it's manufactured. مرتضي صاحب الزماني 28

29 Hard vs. Soft IP Cores Why don’t IP vendors like to sell non- synthesized IPs: –Usual drawbacks of synthesized hardware might make their product look bad. It can't guarantee that its circuit will run at 500 MHz because it can't control the synthesis process. –IP theft مرتضي صاحب الزماني 29

30 Hard vs. Soft IP Cores Hard IP advantages: –Faster, smaller, and use less power than synthesized soft cores because they've been extensively hand-tuned مرتضي صاحب الزماني 30

31 Hard vs. Soft IP Cores Hard IP disadvantages: –Much more difficult to incorporate into the rest of the chip Essentially, the chip's designers have to leave a rectangular hole in their design that exactly fits the hard core. –Prevent the customer's engineers from altering or modifying the core in any way مرتضي صاحب الزماني 31

32 Firm IPs Synthesized but not placed & routed مرتضي صاحب الزماني 32