ASIC、FPGA、SoC 的差異：靈活性、成本、用途比較

這三個詞各自表示不同的事物。ASIC 是為特定用途專門設計的晶片。FPGA 是製造後可以改寫邏輯的晶片。SoC（系統單晶片）則是將 CPU 核心、GPU、記憶體控制器、輸入輸出等整個系統整合在一顆晶片上。這些詞的涵蓋範圍有重疊之處，智慧型手機的 SoC 多半是以 ASIC 的形式製造，內建處理器的 FPGA 也屬於 SoC。

項目ASICFPGASoC
是什麼為特定用途而設計、製造的晶片具有可於製造後設定的可程式化邏輯區塊與連線的晶片將處理器核心、記憶體控制器、輸入輸出、加速器等系統的主要部分整合為一體的晶片
靈活性製造後無法更改即使在現場也能改寫硬體固定，但在處理器上執行的軟體可以更新
效能與電力效率最高。邏輯是配合用途而製作的中等。用於改寫的電路會造成面積、速度與耗電的負擔高。具備常用處理的專用加速器
前期費用非常高。在先進節點中，設計、驗證與光罩需要數百萬至數億美元低。購買現成的元件即可高。因為是專用晶片，與 ASIC 相當
量產時的單價最便宜每顆都很貴便宜
開發期間長。設計、驗證與製造需要數個月至數年短。有時數天至數週即可運作長
修正設計錯誤代價高昂。多半需要重做光罩（重新流片，respin）簡單。只要改寫即可代價高昂。不過有些可以用軟體來迴避
主要用途加密貨幣挖礦機、網路與儲存的控制器、專用的編解碼器試作、少量生產的產品、通訊設備與量測儀器、以硬體加速智慧型手機、平板電腦、遊戲機、許多嵌入式設備

數值為具代表性的大致參考值，會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

ASIC
生產數量多、功能已經確定，且想要將每單位成本的效能與電力效率發揮到最大時。
FPGA
生產數量少、規格可能變更、想要立刻開始時。例如試作、產品的導入期、專業設備等。
SoC
像智慧型手機那樣，想以一顆晶片實現完整的產品時。實際上 SoC 是以 ASIC 的形式設計，在製造前也常常先用 FPGA 試作。

常見問題

SoC 是 ASIC 嗎？

實際上多半是的。SoC 表示晶片上整合了什麼（整個系統），ASIC 則表示它是如何設計的（用途專用）。智慧型手機的 SoC 通常是以 ASIC 的形式製造。

為什麼要用 FPGA 來試作 ASIC？

FPGA 可以在數小時內改寫，因此在花錢製作昂貴的光罩之前，可以先測試並修正邏輯。ASIC 若在製造後才發現錯誤，多半需要重新流片（respin）。

ASIC 在什麼情況下比 FPGA 便宜？

生產數量多的時候。ASIC 的前期費用非常高，但每顆的成本最低；FPGA 的前期費用低，但每顆的成本較高。

FPGA 比 ASIC 慢嗎？

一般而言是的。用於改寫的電路會造成面積、速度與耗電的負擔，因此執行相同工作的專用 ASIC 速度更快，電力效率也更高。

理解度檢測

為了以高速且低功耗進行 AI 推論處理，而搭載於智慧型手機用 SoC 等的專用電路是下列何者？

  1. APLL（鎖相迴路）
  2. BADC（類比數位轉換器）
  3. CNPU（神經網路處理器）
查看答案與解析

正確答案：C. NPU（神經網路處理器）

NPU 是以 8 位元以下的整數等較低的精度，大量平行處理佔神經網路計算大部分的乘加運算之專用電路。其每單位功耗的效能比通用 CPU 高出一個數量級以上，可在智慧型手機內處理照片修正、語音辨識、翻譯等。效能以 TOPS（每秒兆次運算）表示，個人電腦用的 SoC 也日益普遍地搭載。

前往LSI設計流程與EDA的練習題

相關名詞的解說

ASIC(特殊應用積體電路)
針對特定用途或客戶專門設計的LSI。在性能與耗電量上比通用品有利，但開發費用大，適合預期有量的用途。
FPGA(現場可程式化閘陣列)
製造後，使用者可改寫邏輯電路組態的LSI。用於原型、少量生產的產品，以及ASIC的驗證等。
SoC(系統單晶片)
將CPU、GPU、記憶體控制器、通訊功能等系統所需功能整合在一個晶片上的LSI。智慧型手機的核心就是代表例子。

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