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Warum sich MCU-Anwender mehr für FPGAs interessieren sollten

29.03.17 | Autor / Redakteur: Pawel Makyla und Wafel Butty * / Sebastian Gerstl

Bild 1: Der Wearable-Aktivitätstracker LG Lifeband Touch. Diese Geräteart erfordert mehrere Sensorschnittstellen – eine Anforderung, für die ein kleines FPGA ideal sein kann.
Bild 1: Der Wearable-Aktivitätstracker LG Lifeband Touch. Diese Geräteart erfordert mehrere Sensorschnittstellen – eine Anforderung, für die ein kleines FPGA ideal sein kann. (Bild: LG??, ???? ???? ?? ??? ?? ?? / LG / CC BY 2.0)

Mikrocontroller sind preisgünstig, klein und verbrauchen wenig Energie. Doch eine neue Generation von FPGAs erfüllt die knappen Energieanforderungen von Mobil- und Batteriegeräten besser als je zuvor.

Entwickler von Mobil- oder Embedded-Geräten mit niedrigem Energieverbrauch entscheiden sich heute allgemein für Mikrocontroller als zentralen Bestandteil ihrer Applikation. Mikrocontroller sind preisgünstig, klein und verbrauchen wenig Energie, Entwickler sind damit bereits vertraut und es lässt sich leicht damit arbeiten. Daher überrascht es kaum, dass sie so verbreitet sind.

Doch die Fortschritte in der FPGA-Technologie haben einige Entwickler von Embedded-Geräten zum Umdenken gebracht. Es entsteht eine neue Generation von FPGAs, die die Anforderungen an den niedrigen Energieverbrauch von Mobil- und Batteriegeräten und in die knappen Budgetvorgaben für Materialkosten erfüllt. Dieser Artikel beschreibt die wichtigsten Merkmale dieser FPGAs und die Anwendungen, für die sie sich am Besten eignen.

Neue Anwendungsgebiete für FPGAs

Ein Beispiel dieser neuen Generation günstiger FPGAs mit niedrigem Energieverbrauch ist die Serie iCE40 UltraLite von Lattice Semiconductor. Mit einer statischen Stromaufnahme von nur 35 µA ist der Energieverbrauch des iCE40 UltraLite für mobile Anwendungen angenehm niedrig. In seiner kleinsten Gehäusebauform misst es nur 1,4 x 1,4 x 0,45 mm. Dieses Bauteil hat Platz für 640 oder 1.248 Look-Up-Tabellen (LUT), 56 kbit RAM, drei 24-mA-Konstantstromsenken und eine 100 mA + 400 mA Stromsenke.

Diese Daten stehen im deutlichen Kontrast zu denen herkömmlicher FPGAs. Bisher ging es den Herstellern von FPGAs darum, ihren Kunden ein Premiumprodukt mit hoher Leistung und umfassenden Features zu bieten, für welches die Abnehmer in Märkten wie Telekom- und Netzwerkausrüstung, Rüstung oder Luft- und Raumfahrt bereit waren, hohe Stückpreise zu zahlen. In der Vergangenheit hieß das, dass jeder weitere Fortschritt in der Wafer-Herstellung dazu genutzt wurde, noch mehr Gatter und noch mehr Features auf einer gegebenen Oberfläche unterzubringen, um das obere Segment des FPGA-Markts zu verteidigen und weiter auszubauen.

Die Entwicklung von Bauteilen wie der Serie iCE40 verfolgt den entgegengesetzten Ansatz. Hier nutzen die FPGA-Hersteller Fortschritte bei der Wafer-Produktion, um die Siliziumfläche und den Energieverbrauch zu verringern. Dabei reduzieren sie gezielt die Anzahl der Gates und die Features, um Bauteile mit kleinsten Abmessungen, niedrigen Preisen und einem Energieverbrauch zu produzieren, der selbst für den Einsatz in einem Mobiltelefon gering genug ist.

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