eFPGA na ratunek mikrokontrolerom

Możliwość doboru mikrokontrolera idealnie pasującego do wymagań aplikacji od lat jest jednym z najważniejszych trendów, bo zapewnia zdolność migracji pomiędzy słabszymi i bardziej złożonymi jednostkami, umożliwia optymalizacje kosztową projektu, a także pozwala na uzyskanie dobrych parametrów związanych z efektywnością energetyczną.

Posłuchaj
00:00

Producenci mikrokontrolerów przyzwyczaili konstruktorów do tego, że ich katalogi zawierają dziesiątki, a niekiedy setki, wersji tych komponentów. Nawet jeśli zawęzimy wybór, określając szerokość szyny danych i architekturę rdzenia, i tak zwykle możemy przebierać do woli między modelami różniącymi się wielkością pamięci, układami peryferyjnymi, interfejsami, zasilaniem, taktowaniem oraz obudową.

Zaskakująco najwięcej wariacji jest dla prostych mikrokontrolerów, a więc 8-bitowych i starszych jednostek 32-bitowych. Nowsze i zaawansowane rozwiązania dostępne są już w zauważalnie mniejszej liczbie wersji. Powodem jest to, że dla procesów technologicznych 40 nm i poniżej koszt masek do fotolitografii znacząco rośnie, i tym samym wiele wersji oznacza dla producentów duże koszty, czyli drogie chipy. Nietrudno zauważyć, że zaawansowane mikrokontrolery z dużą ilością pamięci są dość kosztowne, i jak przekonują specjaliści od technologii półprzewodników, nie jest to wyłącznie wina segmentacji cen dokonanej przez producenta, ale skutek znacząco wyższych kosztów wytwarzania.

Na razie starsze linie technologiczne (160-180 nm) są utrzymywane, aby zapewnić dopływ na rynek tanich jednostek, ale wiadomo, że stan taki nie będzie trwał w nieskończoność. Nie chodzi nawet o to, że 8-bitowe mikrokontrolery trafią na margines z przyczyn technicznych, ale raczej, że ich wytwarzanie w nowych procesach przestanie być opłacalne w tylu wersjach, co obecnie.

Zachowanie szerokiego asortymentu być może zostanie zrealizowane poprzez integrację mikrokontrolerów z FPGA. Pozornie oznacza to większą komplikację chipów, a więc dodatkowe koszty, niemniej po zapoznaniu się ze szczegółami koncepcja wydaje się interesująca. Układy FPGA były od dawna wykorzystywane do wspomagania działania procesorów w układach cyfrowych, tym razem zostają one okrojone z niepotrzebnych dodatków, takich jak GPIO, SERDES, PLL czy PHY, i dodane w postaci bloku IP do kodu VHDL mikrokontrolera.

Embedded FPGA, czyli eFPGA, pozwala rozwiązać problem statycznego projektu mikrokontrolera, którego IP nie można zmienić po wyprodukowaniu. Funkcjonalność eFPGA może być zmieniana na etapie poprodukcyjnym, co pozwala tworzyć układy o różnych zasobach przy wykorzystaniu nowych procesów technologicznych i bez konieczności wykonywania dla każdej wersji masek. Podobnie było, gdy procesor współpracował z zewnętrznym FPGA, ale tym razem dzięki integracji w jednej strukturze nie wiąże się to ze zwiększonym poborem mocy, miejscem na płytce, no i oczywiście kosztem.

Jako dodatkową premię mikrokontroler wyposażony w eFPGA zyskuje dużą wydajność, bo w tym obszarze implementowane są bloki akceleratorów graficznych, jednostki szyfrujące dane, programowalne interfejsy I/O, DSP, które są w stanie działać przy minimalnym zaangażowaniu procesora głównego, co sprzyja oszczędzaniu energii i dużej wydajności. Przesunięcie skomplikowanego obliczeniowo zadania do eFPGA zapewnia od 30 do nawet 130 razy większą szybkość realizacji zadań.

Nabywca mikrokontrolera nawet nie musi wiedzieć, że zawiera on FPGA, bo jednostka ta jest programowana na etapie produkcji, ale gdy idea się dostatecznie upowszechni, nic nie stoi na przeszkodzie, aby pozwolić klientowi na to, aby samodzielnie zaprogramował sobie funkcjonalność mikrokontrolera za pomocą IP własnego lub kupionego na rynku. Nie ma też przeszkód technicznych, aby funkcjonalność mogła być zmieniana podczas pracy, czyli będzie możliwe, aby relatywnie słabo wyposażonym chipem wykonywać złożone zadania.

Pomysły z łączeniem mikrokontrolera i FPGA są znane i rozwijane od lat. Niemniej zawsze były traktowane jako coś bardzo zaawansowanego, drogiego i trochę ekskluzywnego. Wydaje się, że tym razem FPGA na dobre trafi pod strzechy.

Robert Magdziak

Powiązane treści
Intel kupuje firmę Omnitek - dostawcę układów logicznych FPGA
III Sympozjum FPGA - wrześniowe wydarzenie w Krakowie
Qualcomm szykuje się do objęcia pozycji lidera rynku mikrokontrolerów
Rekordowe przejęcia i obroty na rynku mikrokontrolerów
Internet rzeczy motorem rozwoju rynku mikrokontrolerów
Rynek układów FPGA wzrośnie o 250%
Microsemi przejmuje Actela i wchodzi na rynek FPGA
Mikrokontrolery: sprzedaż rośnie a ceny maleją
Zobacz więcej w kategorii: Opinie
Komponenty
GPSR i NIS 2 zmieniają warunki w dystrybucji
Elektromechanika
Farming 4.0 i Agriculture 4.0, czyli nowoczesne rolnictwo
Mikrokontrolery i IoT
Czas na mikrokontrolery z AI
Komunikacja
Zagłuszanie i podszywanie się pod GNSS to codzienność
Aktualności
Słuchawki z DSP zapewnią nam dźwięk przestrzenny
Zasilanie
Nanobaterie - małe wymiary, duże możliwości
Zobacz więcej z tagiem: Artykuły
Targi krajowe
Warsaw Industry Week 2025 - 9. edycja
Targi krajowe
Targi przemysłowe SYMAS & MAINTENANCE
Targi krajowe
16. Międzynarodowe Targi Kolejowe TRAKO
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów