Programmerbara kärnor i asicar kan ge framtida asickonstruktörer helt nya möjligheter. Om bara halvledartillverkarna kan få tekniken att lyfta. Redan i slutet av 1990-talet gjorde flera företag stora investeringar på området. Hittills har resultatet emellertid varit något av en besvikelse, inte minst för asicjätten LSI Logic som lade sina inbyggda FPGA-kärnor i malpåse i fjol.

Andra halvledarföretag är mer optimistiska och gör fortfarande stora satsningar på området. Den kanske mest ambitiösa initiativet kommer för närvarande från IBM och Xilinx som utlovat asic-FPGA-hybrider i början av nästa år.

I den vevan ska marknaden börja ta fart, om analysföretaget Instat har rätt. Instatanalytikerna spår en årlig tillväxt på smått fantastiska 192 procent, vilket är ett helt annat tillväxttempo än vad andra halvledarområden kan vänta sig. Fast det rör sig om en ökning ifrån en mycket låg nivå.

Det är onekligen en tilltalande tanke att kunna lägga till förbättringar eller rättningar i en existerande asickonstruktion genom att ladda ner nya konfigurationsbitströmmar i FPGA-blocket. Instat menar att lejonparten av hybridkretsarna kommer att finnas i kommunikationsprodukter.

- FPGA-kärnor integrerade i asicar ger flexibilitet till asickonstruktionen. Vissa tillämpningar är särskilt lämpade, som att låta FPGA-kärnan hantera olika in- och utgångar eller geografiska standarder, säger Shelly Davis som ansvarar för Xilinx inbyggda FPGA-kärnor.

Arkitektur och miljö

Ett tungt argument för hybridkretsar är de skenande kostnaderna för fotomasker, vilket gör det allt mer lockande att kunna klara olika systemkrav eller tillämpningar med en och samma asic.

Dessutom blir asicarna allt grindrikare, och FPGA-delen tar därför upp en mindre del av den totala kiselytan, resonerar förespråkarna. Något som låg tidigare hybridkretsar i fatet var att FPGA-blocket tog upp orimligt mycket plats, eftersom en FPGA-grind kräver ungefär tio gånger så stort utrymme som en asicdito.

Vad är det då som gör att era kärnor ska lyckas när tidigare försök på området misslyckats?

- För att en inbyggd kärna ska bli framgångsrik måste asic- och FPGA-delens kiselarkitekturer vara anpassade till varandra. Men ännu viktigare är den fullständiga miljön. Mjukvarugränssnitt, testmetoder, diagnostik, konfigurering och stöd måste vara robust och i världsklass, säger Shelly Davis som menar att detta är precis vad IBM-Xilinx håller på att ta fram, men andra företag inte uppnått.

Nåväl, de kärnor som IBM licensierar från Xilinx ska förverkligas i en 90 nm-process med åtta kopparlager med det passande namnet Cu-08. Den rymmer upp till 72 miljoner grindar, varav som mest 400 000 ska dediceras till FPGA-grindar. Det programmerbara blocket består av kärnor på 10 000 till 40 000 FPGA-grindar. Den programmerbara logiken bygger på Xilinx kommande FPGA-arkitektur, minus finesser som minnesblock som ju asickonstruktören har tillgång till ändå.

På marknaden finns redan amerikanska Leopard Logics Hyper-blox FP, en serie FPGA-kärnor för inbyggnad i 0,18 och 0,13 um CMOS-processer. Företaget säger sig ha flera icke-namngivna kunder.

- Inbyggda FPGA-kärnor kommer att följa inbyggda minnen och processorer i fotspåren och bli ett av de grundläggande byggblocken i framtida systemkretsar, säger Stefan Tamme på Leopard.

Hyperblox FP-kärnorna upptar mellan 3 000 och 48 000 asicgrindar, vilket motsvarar mellan 256 och 4 096 LUT (Look Up Table) samt register och in- och utgångar. Företaget säger sig använda en unik multiplexorbaserad förbindningsarkitektur som ger bättre prestanda än traditionella transistorbasera-de förbindningar, samtidigt som effektförbrukningen såväl som antalet konfigureringsbitar är lägre.

- Hyperblox FP-kärnor använder standardlogikprocesser och kan flyttas till nya processer på tre-fyra månader, säger Stefan Tamme.

Ytterligare exempel på inbyggda FPGA-kärnor är Actels Varicore, som också är en LUT-baserad kärna för standard CMOS-processer. Den introducerades för två år sedan.

- Ett antal kunder utvärderar eller har utvärderat tekniken, men det har inte blivit någon stor verksamhet för oss, säger Yankin Tanurhan på Actel.

Han menar ändock att inbyggda FPGA-kärnor är rätt väg att gå för att ge ökad flexibilitet i asicar.

- Men det tar lite tid för asicleverantörerna att förstå hur de ska använda FPGA-kärnorna optimalt.

LSI-kärnor i malpåse

LSI Logic satsade under några år stora pengar på programmerbara kärnor för asicar. Företaget använde kärnor från Adaptive Silicon, kärnor vars grundläggande byggblock var aritmetisk-logiska enheter, ALUer. I fjol lade LSI diskret tekniken på hyllan. Ronnie Vasishta på LSI Logic nämner flera skäl till beslutet.

- Inbyggda FPGAer är väldigt komplexa produkter. Uppdelningen av vad som ska förverkligas i fast logik och i FPGA-logik måste göras redan på RTL-nivå eftersom FPGA-arkitekturer och flöden är mindre grindeffektiva. Många konstruktionsteam är erfarna i att koda för antingen cellbaserat eller FPGA så tröskeln är för hög för de flesta konstruktionsteam.

Han menar även att FPGA-teknikens sämre prestanda och högre effektförbrukning kan ge svårigheter, och att storleken på FPGA-blocket blir för litet för många tillämpningar vid 0,18 och även 0,13 um-processer.

Trots stötestenarna ska LSI Logics kunder ha varit positiva till konceptet, även om det var tunnsått med skarpa konstruktionsprojekt. Ericsson konstruerade en prototyp tillsammans med LSI där FPGA-delen användes som hjälpprocessor till en DSP, men den producerades aldrig i volym.

Charlotta von Schultz