µC vs FPGA => Wer gewinnt ?

http://de.wikipedia.org/wiki/Field_Programmable_Gate_Array
http://de.wikipedia.org/wiki/Mikrocontroller

Du vergleichst da Äpfel mit Birnen...

Das ist doch überhaupt nicht vergleichbar!!!

>Wie ich die letzte Zeit bemerke, neue 32-bit Mikrocontrollern
sind viel viel besser als FPGAs (und sogar in DSP).

Okay, dann hast du dir die Antwort doch selbst gegeben. Meiner Meinung 
nach allerdings immer noch Unsinn!

http://images.google.de/images?hl=de&q=Schlangengurken&btnG=Google-Suche&ie=UTF-8&oe=UTF-8&um=1&sa=N&tab=wi

das ist genau wie die frage "welchen µC soll ich nehmen?".

ganz einfach ... das ist von anwendung zu anwendung verschieden und 
sollte auch immer neu entschieden werden was nun jetzt das bessere ist.

gruss sven

Nimm einen FPGA und programmiere einen Mikrocontroller rein. Dann hast 
du beides in einem ;-)

>Das ist -neben Tomaten- eine in Gemüseabteilungen von
>Lebensmittelgeschäften oft zu findende Verpackungsform für holländiges
>Wasser.

Klasse :)

"Stichworte" zum 1. Beitrag:


FPGAs:
   hier wird hardware programmiert, man kann u.a.
   einen uC im "FPGA" nachbilden
uC:
  die hardware steht, nur die Software ist flexibel

Die Umgebung ist bei beiden flexibel über I/Os nutzbar:
  more ram , etc. (je nach uC)

FPGAs werden oft für spezielle Algorithmen genutzt (schnell)
  zB Bildverarbeitung, als Coprozer, ....
(gibt "große" und "kleinere")

uC:
  zB steuerung, ...
(nicht besonders für Bildverarbeitung geeignet - nur die "größeren")


Für einige FPGAs gibt-s vom Hersteller fertige "uC" bzw.
gibt es freie
 "controller" und DSP, FFTs,  etc. Funbktion in Form
einer Datei, einer "Beschreibung", mit der man den FPGA
mit dieser Funktion programmiert (siehe "Internet".

Der Übergang der optimalen Nutzung ist fließend

FPGA: da gab es gerade eine Serie in ELEKTOR
die hatten auch mal eine zu uC  (vermutl mehr)
in der Funkamateur gab es mal eine Doku/serie zu atmel/avr

Ansosnten im Internet nach Tutorials, etc, suchen
Preise: je nach dem, was gelötet werden kann (do it yourself)
Strom: takt, anwendung, temp-bereich .... viele Faktoren => datenblatt
  (herstellervertrauen ?, ;-)

Kosten, etc.: wurde eh diskutiert:
  je nach dem, was das Vorhaben erfordert & zB "Lötkenntnis"

"FPGAs für den Konsumartikelmarkt interessant sind!",
man hört das nur aus Werbungen der Hersteller.

Börsen-Indexen der FPGA-Hersteller sind viel wichtiger als alt-bekannte 
PALs die man komischerweise heutzutage als FPGA nennt :)

Sind FPGAs auch in Handys ? Haben alle FPGAs auch AD wandlers ? Ein 
Spartan2 verbraucht genau so viel strom wie ein hundert Atmega8. DSP 
sachen kann man perfekt mit DSP ICs (von Texas Instruments, fixed komma, 
5€) auslösen.

FPGA heute verwendet man nur für ASIC-design, für 
System-Testen(Hardware-in-the-Loop), oder für Spielerei (z.B. alte 
Rechnern nachzubasteln).

was kann man NICHT mit µCs implementieren , das FPGAs können ?

>as FPGA ist das Langloch der Elektroniker.

Sehr gut , ja! :-)

Der Mikrocontroller ist aber genau genommen, auch nichts anderes, als 
"Hau-das-Ding-rein-bevor-Du-weist-was-es-genau-koennen-muss"-Hardware.

psihodelia: einen µC z.B. :-)

Nahja, was sind denn verbreitete Anwendungen und was sind denn die 
Anforderungen an das Produkt und die Entwicklung?

Z.B. warum nicht einfach FPGAs durch nanoATX PCs zu ersetzen ? FPGAs 
sowieso laufen von Akkus nicht. PCs haben Linux drauf, eine komplexe 
Umgebung wo man in parallel auch viele processen hat. Sind auch FPGAs 
schneller als ein PC ?

Ich kann mit billigstem nanoATX PC mit CPU: VIA 1GhZ:

Face-Recognition (Digital Signal Processing, Fuzzy Logic)
Speech-Recognition (Digital Signal Processing, Markov Chains) +
Speech-Synthesis (Digital Signal Processing) +
Web-Server +
TV-Tuner +
Video Player +
...

Alles in parallel. Ist auch 10-fach billiger als FPGA Virtex5, design 
ist schneller weil ganze Software schon existiert.

Wenn ich ECHT Parallele System brauche, dann kaufe ich mir ein nanoATX 
Board für 200€ und installiere Linux drauf.

Da bleib ich doch lieber bei meiner guten alten Brotschneidemaschine...

Kryptographie ist nen gutes Beispiel, während ein FPGA mit Pipelining 
jeden Takt ein Ergebnis ausspuckt, muss ein Prozessor alles schön 
nacheinander berechnen. Da nützt es auch nichts, dass der Prozessor 
vielleicht 10x so schnell getaktet ist, der wird in diesem Fall immer 
den Kürzeren ziehen. Bei einem DES sind auf einem low cost-S3 locker 
einige GBit Durchsatz drin. Wenn man nur paar Mbit braucht, tuts 
natürlich auch ein einfacher Prozessor.

>sicher dass FGPAs in Zukunft zunehmend auch in billigeren Geräten
>auftauchen werden.

nicht nur das. xilinx hat in einer neuen spartan reihe das flash schon 
mit intergriert. wenn dann noch kleine schaltregler integriert werden 
sodaß nur noch ein paar passive bauteile benötigt werden, und die 
stückzahlen stimmen, wird ein fpga auch in consumer geräten verstärkten 
einsatz finden.
findet ja jetzt schon z.b. mit den china-usb-scopes statt.

>nicht nur das. xilinx hat in einer neuen spartan reihe das flash schon
>mit intergriert. wenn dann noch kleine schaltregler integriert werden
>sodaß nur noch ein paar passive bauteile benötigt werden, und die
>stückzahlen stimmen, wird ein fpga auch in consumer geräten verstärkten
>einsatz finden.

Da sollte man mal über den Tellerrand schauen:
Schau die mal den ProAsic von Actel an, der hat das schon lange, und 
zwar auf dem selben Chip. Bei Xilinx wurde der Flash an den eigentlichen 
FPGA-Die nur angebondet. Vorteil ist die Größe des Flash, Nachteil, dass 
die Ladezeiten die selben bleiben. Beim Proasic ist der Flash der 
eigentliche Konfigurationsspeicher, kein SRAM, der erst geladen werden 
muss.

Um mal den Vergleich zwischen Äpfeln und Birnen etwas besser zu 
gestalten
(siehe Anhang).

Prinzipiell dienen die FPGAs dazu möglichst viel Flexibilität zu
gewährleisten. Bzw. als Ersatz zum ASIC, da sich diese erst ab sehr
grossen Stückzahlen lohnen. Dafür sind ASICS bei großen Stückzahlen
billiger als FPGAs. Es gibt auch schon kombinationen von µC und FPGA
(Bsp. FPSLIC von ATMEL. Kombiniert einen AVR Kern mit vordefinierter 
Peripherie und einem FPGA Block. Über diesen, kann man sich dann 
entweder
seine Peripherie oder spezielle Funktionen realisieren.
Eine weitere stärke liegt bei der parallelen Verarbeitung von Signalen.
µCs können nur Blöcke (8/16/32/... Bit) verarbeiten. beim FPGA darf man 
sich
die Blockgrösse "wünschen" (ist nur durch die Anzahl Zellen oder 
I/O-Pins
begrenzt).
Ach ja, man kann sich bei den Herstellern der FPGAs auch sogenannte
"Hardcopies" machen lassen. Damit wird dann der durch Software
konfigurierte Teil in Hardware "gegossen" und damit hat man dann 
praktisch
ein Zwischending aus FPGA und ASIC. Macht bei grösseren Stückzahlen das
ganze wieder etwas billiger.

Mal einen Preisvergleich:

Software für µC Entwicklung (nur grobe Übersicht):
Compiler 0-3000 Euro

Software für FPGA Entwicklung:
ca. 0 Euro (Web Editions) - 10.000 Euro (Mentor Graphics HDL Designer)
bei den Webeditionen ist glaub noch irgendwas als Demoversion drin.
Wenn man sich bei den HErstellern ein Development Kit ab 300-400 Euro
aufwärts zulegt ist dann auch die "Vollversion dabei". Andernfalls zahlt 
man ein paar Hundert Euro bis 1000 Euro dafür.

Software für ASIC Entwicklung:
jenseits der 100.000 Euro und erfordert sehr viel Know-How
vom Benutzer, da ein Fehler gleich mal einige
10.000 Euro kostet (Chipfertigung - Lithografie-Masken).

Software für µC Entwicklung ist absolut kostenlos und ist Open Source,
so kann jeder mit PowerPC oder mit alles worauf Linux lauft, bequem 
arbeiten.

Hallo,

1) Prof. Bob Brodersen bescheibt in dem Video hier sehr gut, warum auch 
ich glaube dass rekonfigurierbare Hardware langfristig die Zukunft 
gehört:

http://video.google.com/videoplay?docid=-4969729965240981475


Und dann sehe ich noch zwei weitere Punkte:

2) Mit der fortlaufenden Verkleinerung der Chipstrukturen erhoeht sich 
die Wahrscheinlichkeit für Defekte im produzierten Wafer. Bei hart 
verdrateten
ICs muss ich den wegwerfen, wenn das ein Schaltungsteil kaputt ist.
Bei rekonfigurierbaren Chips kann ich (potentiell zumindest, soweit sind 
wir heute noch nicht) kleinere defekte Bereiche meiden und die 
entsprechnedn Funktionen in benachbarten Gebieten implementieren -- zur 
laufzeit. Kein Mensch würde heute auf die Idee kommen eine Festplatte 
wegzuwerfen, nur weil 2 Sektoren seit der Produktion kaputt sind -- die 
werden hat woanders abgelegt und in die defect-list uebernommen.

3) Die dritte Dimension: rekonfigurierbare Hardware scheint mir deutlich 
geeigneter 3-dimensionale Chipstrukturen effizent zu nutzen. Wie die 
Implemetation von sowas aussehen soll weiss ich auch nicht -- aber klar 
ist dass man mit einer Dimension mehr massisv mehr Logikfunktionen pro 
Silizum unterbringen kann. Warum ich glaube, dass rekonf. hardware 
dafuer gut geignet ist? Siehe (1): Energiedichte. (sogesehen ist das 
hier gar kein neuer Punkt)



Dass jetzt ein Prozessor fuer viele Aufgaben besser/einfacher ist: ich 
bin voll und ganz bei dir und moechte nicht wiedersprechen.

Aber in 5-15 Jahren haben wir alle bestimmt viel mehr rekonfigurierbare 
Hardware in unseren Geräten. Ob die so fein granular wie heutige FPGAs 
sind mag ich nicht abschaetzen. Aber ich bin überzeugt, dass rekonf. 
Hardware noch schwer im kommen ist.


   j.

@ Joerg

>2) Mit der fortlaufenden Verkleinerung der Chipstrukturen erhoeht sich
>die Wahrscheinlichkeit für Defekte im produzierten Wafer. Bei hart
>verdrateten
>ICs muss ich den wegwerfen, wenn das ein Schaltungsteil kaputt ist.
>Bei rekonfigurierbaren Chips kann ich (potentiell zumindest, soweit sind
>wir heute noch nicht) kleinere defekte Bereiche meiden und die
>entsprechnedn Funktionen in benachbarten Gebieten implementieren -- zur

Wird heute schon gemacht, nennt sich bei Xilinx Easy path. Ist halt die 
Lücke zwischen FPGA und ASIC.

>laufzeit. Kein Mensch würde heute auf die Idee kommen eine Festplatte
>wegzuwerfen, nur weil 2 Sektoren seit der Produktion kaputt sind -- die
>werden hat woanders abgelegt und in die defect-list uebernommen.

Oder bei FLASH. Deswegen hat kaum ein 1G USB-Stick wirklich 1G. ;-)

MfG
Falk

@Joerg:

Meister, was denkst Du was die Schaltmatrix für die Reconfigurierbarkeit
kostet?
Deshalb bieten die FPGA-Hersteller auch eine Hardcopy an. Damit wird 
das, was
man mit nem Konfigurationsspeicher und der Schaltmatrix in den FPGA 
programmiert durch eine od. mehrere Metalllagen ersetzt. Das ist um ein
vielfaches billiger als eine komplette Schaltmatrix.
Natürlich muss man eine Strategie fahren, die eine maximale Ausbeute an 
Schaltkreisen ergibt. Eine ist der On-Wafer-test, bei dem die Chips
auf dem Wafer getestet werden und man dann quasi "chirurgisch" defekte
Bereiche mit einem Laser "wegschneidet" (Redundante Bereiche).

Bei Flash werden auch zusätzliche Bereiche eingebaut, die dann durch 
einen
intelligenten Fehlerkorrekturmechanismus oder schon bei der Fertigung
durch Konfigurationsregister/Flashbereiche defekte Bereiche ersetzen
(Remapping).

Aber auch in Zukunft werden die Schaltkreise aus Kostengründen sparsam 
mit
Redundanz und Schaltmatrizen ausgerüstet werden. Denn wenn es noch einen 
halben Cent billiger geht, dann werden die Hersteller von Massenware auf
irgendwelche Zusätze verzichten, wenn sich die Kosten für Ausfälle
unter den Kosten für die Zusätze bewegen.

> wenn sich die Kosten für Ausfälle unter den Kosten für die Zusätze bewegen.

Exakt, zumal die Ausfälle sporadisch beim Kunden aufreten und daher 
verschleiert sind. Es ist oft garnicht 100% zurückzuverfolgen, ob es an 
einem defekten FPGA liegt, wenn die Baugruppe zu billig ist,. Meist wird 
rasch ausgetauscht und fertig.

@Tom:

> Meister, was denkst Du was die Schaltmatrix für die Reconfigurierbarkeit
> kostet?

Nah, ich kam aus der anderen Ecke:

Wenn man davon ausgeht, dass ich eigentlich rekonfigurierbare Hardware 
haben will, dann kann ich durch die zwangslaufig existierende Redundanz 
mit Laufzeit-Anpassungen nochmal viel Geld sparen. FPGAs haben hier noch 
Potential was einfach noch nicht richtig ausgenutzt wird.

Wenn ich nur einen ASIC will, hau ich mir natuerlich nicht 90% 
Schaltmatrix Overhead rein um ein paar Defekte zu umgehen.


Abgesehen davon, hast du schon recht: ~ 90% routing Overhead sind 
einfach mal schei**e viel.Deswegen meinte ich ja auch: "ob die so 
feingranular wie heutige FPGAs sind, mag ich nicht abschaetzen".
Aber ein Faktor 100 bis 1000 (!) fuer die Enegieeffizienz von 
Prozessoren/DSP zu spezialisierten Logikschaltungen bei 
durchschittlichen Rechenproblemen ist einfach nochmal viel mehr als die 
pisseligen 90% Routing Overhead.



  j.

Mal eine kurze zwischen Frage, was versteht man unter routing overhead?

Ich denke, das ist der Zusatzbedarf an Schaltlogi, die für das 
Umschalten der Logik im Betrieb benötigt wird.

Auch wenn psihodelia anscheinend merkbefreit ist, kann es ja mal die 
Rechenleistung eines 500 MHz uCs (max. ca. 2 Gops/s) mit der eines 
XC3S1600E FPGAs (max. ca. 5 Tops/s=1.6 Mio /4ns /(8bit/byte)) 
vergleichen.

Die Kosten liegen bei etwa 15 Euro für den uC und 50 Euro für den FPGA.

>Die 7170 dürfte in 6 wenn nicht 7 stelligen
>Stückzahlen produziert werden.

Eine Milliarde? Hat jeder dritte nix zu fressen aber jeder siebte ne 
FritzCard?

Wir haben mal versucht das systematisch zu vergleichen. Dabei versuchen 
wir alle Punkte mit zu berücksichtigen, also Performance, Kosten, 
Änderbarkeit,...

Schaut mal rein und gebt uns Feedback:

http://www-i11.informatik.rwth-aachen.de/2007dajwild
http://www-i11.informatik.rwth-aachen.de/index.php?id=shps&L=1&L=0&tx_ttnews[tt_news]=&tx_ttnews[backPid]=&cHash=

Gruß
Falk S.

6, setzen... google mal nach SQL injection und wie man das verhindert
bevor jemand deine DB manipuliert. ich hoffe ja mal
dass da keine sensitiven Daten drinliegen :-X

Wieso vergleicht ihr ständig FPGAs mit uCs ? Ist ja fast eine Manie. Wie 
wärs denn mal mit DSP und PLD ?

@Peter

stimme zu, die Überschrift ist prinzipiell beantwortet. Aber die meisten 
Leute hier im Forum wollen ohnehin programmierbare Logik nur 
ausprobieren, testen was man mit FPGAs und CPLDs so machen kann und 
rausbekommen, wie die Programmierung z.B. mit VHDL geht. Wer Produkte 
für den Markt entwickelt hätte nie die Frage gestellt 'wer gewinnt'.
Obwohl Du nichts von der Diskussion hälst, führst Du ja doch wieder 
Argumente pro µC und contra FPGA an, mit einer gewissen Unsicherheit, 
was wieder Stoff für weitere Posts gibt ;-)
Die Behauptung, das ein MC einfacher zu programmieren ist, ist Deine 
subjektive Meinung die ich nicht teile - das hängt m.E. nur von der 
Applikation ab. FPGAs haben ja heutzutage auch MCs an Board, also 
Steuerungen und softwarelastige Algorithmen lassen sich parallel zu 
schneller, paralleler Hardware implementieren.

Die Diskussion kann man sicher noch jahrelang führen ... :-)