作者: Michael Seaholm, 泰克科技公司高性能示波器產品經理

(資料圖片)

_____

技術改良一直走在行業進步的前沿，但世紀之交以來，隨著科技進步明顯迅猛發展，消費者經常會對工程師面臨的挑戰想當然，因為他們覺得工程師本身就是推動世界進步的中堅力量。

作為世界創新的幕后英雄，特別是在電子器件和通信技術方面，工程師們要開發測試設備，驗證這些新技術，以把新技術推向市場。這些工程師必須運行尖端技術，處理預測行業和創新未來的挑戰。在開創未來的過程中，測試測量工程師面臨的基礎性創新挑戰之一，是確定設計中采用專用集成電路(ASIC)還是現場可編程門陣列(FPGA)。

突破創新中采用ASIC的優勢和挑戰

在歷史上，ASIC一直是測試測量創新的關鍵組件。通過組建專家團隊設計專用電路，開發IP，公司可以給自己的產品架起一條護城河，讓公司能夠保持自己的產品組合的差異化。除了產品差異化優勢外，ASIC的開發成本和復雜度也使得大型公司能夠避免行業內卷，因為小型公司和初創企業通常要被迫使用商用部件，進而更多地受限于特定應用或小眾應用。

與使用商用部件相比，ASIC通常還會提供每個部件成本優勢。由于設計和IP歸廠商所有，所以部件生產成本要低于外購的商用部件。由于這種成本優勢，開發以ASIC為中心的產品的公司能夠獲取更多的產品毛利，進而可以獲得更多的凈利投資于未來創新。

嚴格的功率預算是新產品開發的另一個焦點，在這方面，ASIC經常要優于FPGA。鑒于FPGA的通用性特點，它在同一應用中要求的工作功率一般要高于ASIC。這會占用表格中的功率預算，所以沒有什么優勢，可能很難滿足工程團隊的設計要求。由于ASIC占用的板卡空間通常較小，因此除功率要求方面的優勢外，其在板卡空間利用上也是一個優勢。

必需指出的是，盡管在突破創新中使用ASIC有許多優勢，但它們也帶來了許多明顯挑戰。與競爭對手差異化及避免低端內卷的代價，是ASIC開發的成本和復雜度，這本身就是一把雙刃劍。ASIC的特點是，它要么是在產品開發前開發的，要么是與產品開發同時開發的，這會引入明顯的風險。在產品成本優勢顯現前，這會在前期增加項目時間和費用。成功開發ASIC前需要設計、定型、一輪又一輪，可能意味著產品開發開始前，就要用幾年的時間開發ASIC。如果約定的路線圖和資源規劃沒有在產品開發時間表很早之前就到位，那么很多公司都會手忙腳亂。

盡管延長項目時間表不是理想的方案，但毫無疑問，在創新中使用ASIC的最大挑戰最終落在開發費用上。根據產品類型和ASIC開發的復雜度，新的ASIC可能要花費數十萬美元到數千萬美元。對公司來說，這么大的前期投入通常是一筆豪賭，公司在許多年內都看不到投資回報，因為ASIC和產品開發時間表真的很長。僅前期投入和項目時間表，就足可以讓機構不敢用ASIC，特別是在FPGA也能實現相同效果的應用中，盡管FPGA在節省空間和功率方面較差。

ASIC相對于FPGA的靈活性，也是一個關鍵考慮因素。ASIC是為其最初預計應用優化的，如果需要改動以適應新功能，或者開發后期發現漏洞，那么ASIC通常不夠靈活以適應這些“變動設計”需求。整體上，ASIC功能是固定的，一般要求把產品退回制造商才能處理任何變動。而FPGA則不同，其可以通過固件升級遠程實現變動，靈活性強，對客戶工作流程的影響要小得多。

ASIC缺乏靈活性還會影響功能定義階段。工程師需要清楚的全面確定的要求才能開發ASIC。也就是說，所有相關功能定義必須完全定型，才能開始開發，考慮到仿真和布線，這種限制可能會進一步加長計劃前端的時間表。FPGA則可以接受松散得多的功能要求，而且可以邊用邊調整。ASIC缺乏靈活性并不一直是明顯的負擔，特別是在設計中同時采用FPGA時，而這在商業和工程設計中通常是一個關鍵考慮因素。

盡管有這么多挑戰，但在創新中使用ASIC也有許多優勢。除每個部件成本、功率、尺寸和功能等比較細微的優勢外，在產品創新中使用ASIC的真正優勢是IP及其實現的差異化。但ASIC是不是保持競爭差異化的唯一途徑呢？使用FPGA這樣的商用部件能否實現差異化呢？

突破創新中采用FPGA的優勢和挑戰

FPGA已經出現了很長時間，多年來其發展軌跡一直遵循摩爾定律。十年前被視為FPGA的夢幻功能，現在主流部件中都有了，并已經提供給所有項目類型的開發商。隨著功率和空間要求的靈活性不斷提高，FPGA在許多應用中正和ASIC爭奪賽道。

在突破創新中使用FPGA的主要優勢，確切地說，就是使用ASIC的劣勢：產品開發周期、項目成本、“變動設計”的靈活度。隨著FPGA的能力不斷提高，以前鐵定使用ASIC的最簡明的應用現在也不見得再有優勢。這種功能的提高通常可以幫助預算緊張的公司或項目及時開發產品，同時使前端的開發時間達到最短，使開發過程及維持階段的產品靈活性達到最大。

如果一個有吸引力的市場機會迅速出現，正如當今日新月異的技術環境一樣，那么使用ASIC是很難及時做出反應的。僅僅是ASIC的開發時間，就可能令公司錯過關鍵市場窗口，讓競爭對手占領先機。

與使用基于ASIC的產品相比，使用基于FPGA的產品可以為公司提供所需的反應時間，在市場中獲得先發優勢。此外，它還可以提前讓客戶接觸產品概念或功能，在產品推出前消除產品風險。在許多情況下，這些優勢是使用ASIC實現不了的，即使使用ASIC產品的公司有機會在市場窗口后期提供更多的差異化。

隨著FPGA功能的增長，從公司領導層角度很難看到負面效應。項目時間表和預算是考量項目組的傳統主要業績指標，優化這些指標通常被視為最好的決策。實際上，盡管這些優勢變得越來越誘人，但它可能會讓工程師限入艱難的境地，特別是在開創新的創新技術時。FPGA是為支持一般用途設計的。工程師在新應用或小眾應用中使用FPGA越多，產品實現預計目標的難度越大。對試圖進入小眾市場或應用的公司來說，使用FPGA可能是一個難題。嚴格的功率要求、空間限制、產品功能、使用基于FPGA的產品開發IP，都可能會給開發帶來風險，在某些情況下，不承受ASIC開發的成本和時間負擔就實現不了上述目標。

增加的每個部件成本也是一個考慮因素。盡管有很多指標是圍繞項目時間表和項目成本的，但圍繞毛利和經營利潤通常也有嚴格的指標。盡管FPGA可能能夠實現與ASIC相同的工作，但在使用FPGA時每個部件成本明顯要高。雖然FPGA能夠降低項目成本，但其標準儀器成本一般要高于使用ASIC完成同一工作的儀器。因此，最大的權衡因素之一落在項目成本還是產品成本上。這種權衡通常位于創新內部商業決策的核心，特別是在考慮風險、產品開發周期、設計靈活性及其他工程設計因素時。即使項目成本和產品成本不是明確的權衡因素，在產品開發和突破創新中到底使用FPGA還是ASIC的決策中，它通常也是前幾個考慮因素之一。

選擇FPGA還是ASIC的最后一個考慮因素是應用本身。鑒于測試測量行業存在著大量的小眾應用，試圖使用通用FPGA可能會比預期帶來更多挑戰。如果工程師試圖把通用部件放到小眾應用中，那么就無法保證這個部件支持預計的產品功能。有時候通過創造性工程設計可能能克服這種挑戰，但這會提高項目取消的風險，產生支持關鍵功能的問題，導致非預計的時間表延遲。在FPGA可能提供時間表優勢的同時，沒有預見到的設計挑戰可能會迅速抵消這些優勢，進而抹掉成本優勢。如果能夠克服這個問題，那么公司就能找到一個仍能打造差異化產品的解決方案，即使沒有ASIC，而是通過創造性的增值工程設計，當然并不是所有公司都能實現這一點。

隨著行業演進，業界轉向把ASIC集成到FPGA中并不奇怪，這推動了FPGA的進一步采用。FPGA廠商已經注意到上面所有這些利弊，他們關注的是優化優勢，最大限度減少劣勢，通過在FPGA上包括IP，來支持更多的小眾應用。隨著行業不斷演進，預計這些FPGA + ASIC混合部件會繼續在各行各業中搶占更多的FPGA市場。

盡管FPGA取得了很大進展，但開發ASIC較使用FPGA仍有明顯的優勢。那么，將來FPGA會不會完全替代ASIC需求呢？可能不會。但在項目成本審查越來越嚴的環境中，FPGA會不會成為更快速開發中日益相關的一個選項呢？絕對會。

泰克在突破創新中怎樣處理ASIC還是FPGA的問題？

泰克在每個新產品開發中都審慎地考慮是采用ASIC、FPGA還是兩者混合。我們會考慮產品成本與項目成本的微妙平衡，并考慮在首選使用ASIC的應用中使用FPGA所要求的工程工作量。盡管最佳方法沒有統一答案，但泰克一直受到FPGA增長的鼓舞，在可能的情況下一般會使用FPGA來改善新產品的開發周期。使用FPGA不僅有利于我們的產品開發周期，還可以讓泰克工程師在整個產品開發周期中，趕在客戶前面獲得初步產品功能，盡快把握客戶對概念和功能的反饋。

作為一家測試測量領域的創新機構，泰克非常榮幸地擁有行業領先的工程師隊伍，能夠在不使用ASIC的情況下實現差異化，通過當今市場上沒有的獨特的解決方案對行業趨勢和客戶需求作出快速反應。泰克最新推出的創新產品都有力地證明了這一點。我們的TMT4裕度測試儀基于Intel Stratix 10 FPGA，提供了顛覆行業的功能，用以評估PCIe Gen 3和Gen 4器件的鏈路健康狀況。泰克為擁有這樣的工程師團隊，能夠在FPGA平臺上構建這樣的差異化產品而深感驕傲，它展示了在創新技術核心使用FPGA可以怎樣創造及保持差異化。

如需進一步了解這一全新產品，了解在基于FPGA的平臺可以怎樣構建差異化，敬請訪問TMT4產品頁面https://www.tek.com.cn/products/pciemargintester。

關于泰克科技

泰克公司總部位于美國俄勒岡州畢佛頓市，致力提供創新、精確、操作簡便的測試、測量和監測解決方案，解決各種問題，釋放洞察力，推動創新能力。70多年來，泰克一直走在數字時代前沿。歡迎加入我們的創新之旅，敬請登錄：tek.com.cn

關鍵詞： 產品開發 工程設計 解決方案 新產品開發 前期投入