Familles de composants programmables
Altera et Xilinx
Version : 7.01 de novembre 1999
(Version allégée)
par J. Weiss
6 Performances des composants programmables
Pour vanter les mérites de son produit, chaque constructeur le compare à ceux de la concurrence ; compte-tenu des différences entre les architectures, cette comparaison n'est pas toujours exploitable.
Il n'est pas facile de trouver une équivalence, en terme de complexité, entre les produits, le nombre de portes revendiqué n'est pas basé sur les mêmes considérations, d'un constructeur à l'autre : pendant longtemps, Xilinx a parlé de CLB ou de portes alors qu'Altera parlait de registres.
Quant à la vitesse, Xilinx classait, dans les années 1980, ses composants des familles XC2000 et XC3000 avec des fréquences inexploitables (toggle Frequency) et Altera indiquait un temps de propagation qu'il n'était pas toujours possible de tenir (utilisation des termes d'expansion sur les familles MAX, par exemple) ; maintenant, la tendance, pour les FPGA, est d'utiliser un index relatif à la performance (croissant pour Xilinx et décroissant pour Altera).
Il ne faut pas perdre de vue qu'outre la bonne adéquation entre l'architecture et la conception, il existe un autre paramètre d'influence sur les performances, il s'agit de la technologie utilisée ; celle-ci évolue très vite (en densité et surtout en nombre de niveaux d'interconnexion).
Bien évidemment les performances progressent au fil des années mais un point important dans l'histoire des composants programmables a été la création en 1993 de tests unifiés et indépendants des constructeurs ; ces tests ont été réalisés par l'association PREP (Programmable Electronics Performance Corporation), qui regroupait 7 gros intervenants du domaine (Actel, Atmel, Cypress, Lattice, Lucent (AT&T), QuickLogic et Xilinx) sous forme de 9 tests représentatifs des applications de conception (machine d'état, compteur, arithmétique, ...).
L'objectif de ces tests était de fournir les résultats, pour chaque composant, sous la forme :
Fréquence maximale (optimisation en vitesse ou en surface) interne et externe,
Capacité,
Répétitivité.
L'idée était très intéressante pour les utilisateurs puisqu'ils disposaient de résultats cohérents permettant de faire un choix raisonné ; le système a duré jusqu'en 1995, date à laquelle Altera a "poussé le bouchon un peu loin" en publiant le graphe ci-dessous.
Ce graphe reflétait un supériorité manifeste des composants MAX et FLEX par rapport à la concurrence ; les données n'étaient pas fausses (certification PREP) mais elles pêchaient un peu par omission (données non réactualisées de la concurrence en taille et en technologie). Depuis cette date, aucun test n'a été publié.
Les performances des FPGA et des EPLD, en terme de complexité et de vitesse ; la plus forte évolution se trouve pour les FPGA qui proposent des capacités, en 1999, supérieures au million de portes et peuvent être exploités à des fréquences supérieures à 100 MHz. La concurrence entre les fabricants est toujours aussi forte, notamment il est à noter que toute nouveauté chez Xilinx est aussitôt contrecarrée par une nouvelle famille chez Altera (et réciproquement !) ; les dernières familles de FPGA permettent, par l’adjonction de chaînes de propagation et de mémoires rapides, d’intégrer des algorithmes de traitement du signal (FFT, filtres, …) de manière très efficace, ce qui leur ouvre de vastes champs d’application.
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7 Conclusion
Les composants présentés dans ce document ont chacun une architecture novatrice, avec des points forts et des points faibles ; il n'est pas toujours facile de prédire l'implantation d'un schéma dans telle ou telle famille.
La migration de ces composants vers des versions masquées (moins chères) est proposée par les constructeurs (par exemple sous les appellations : MPM xxxx pour les MAX et XC43xx pour Xilinx) ; le transfert technologique vers des Asic est possible mais n'est pas forcément une chose aisée car le comportement des portes n'est pas le même (d'où l'obligation de simulations exhaustives avec révision de la conception).
Les systèmes de développement sont de plus en plus conviviaux et performants, ils permettent notamment d'effectuer :
une saisie de haut niveau,
une synthèse efficace,
du multi-partionning (répartition du schéma sur plusieurs composants),
un placement/routage performant,
des simulations précises.
Le prix des composants décroît grâce aux évolutions technologiques mais surtout grâce à leur succès (très forte croissance du marché) qui augmente leur diffusion et génère un esprit de concurrence entre les marques ; autre source potentielle de baisse des prix, le marché des 2ndes sources reste, pour l'instant, faible (il n'existe pas de clones, comme c'est le cas des microprocesseurs). À l'origine, les composants programmables étaient le fait de petites sociétés américaines (Xilinx , Altera : 84 et CLI : 86) , les gros fabricants de circuits intégrés (AMD, Atmel, ATT, Cypress, TI, ...), n'ont commencé à investir que récemment dans le domaine ; cela est dû à l'essor pris par le marché des composants programmables et à un tassement du marché des ASIC ; un contre exemple est Intel, qui s'est lancé dans les CPLD en 1992, mais a revendu cette branche d'activité à Altera en 1995 ; en 1999 cette famille est devenue obsolète. Un autre exemple industriel est le rachat de l'activité (pourtant toute jeune) CPLD de Philips (CoolRunner) par Xilinx en 1999.
De nombreux nouveaux constructeurs arrivent sur le marché avec leur propre architecture, ce qui ne va pas faciliter la tâche des concepteurs dans le choix du composant adapté à leur application.
Le graphe ci-dessous indique l'évolution du prix d'une porte en technologies FPGA et ASIC ; le rapprochement des 2 courbes explique la forte croissance du marché des composants programmables.
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10 Bibliographie
Du fait de leur forte croissance sur le marché, les composants programmables sont présents dans la plupart des journaux spécialisés dans l'électronique et les ASIC, ainsi que sur internet ; on les trouve notamment dans :
Revues :
EIH : Electronique International Hebdo (français)
Integrated System Design (américain)
Electronique Actualités (français)
EDN : Electronic Design News (américain) (http://www.ednmag.com/)
EBN : Electronic Buyer's News (américain)
Livres :
Logique arithmétique et techniques synchrones AUMIAUX M. - MASSON - 1996
Programmable Logic Handbook.(ISBN 0 7506 0808 0)
FPGAs and Programmable LSI - A Designer's Handbook (ISBN 0 7506 2883 9)
Serveurs WEB :
http://www.supelec-rennes/ren/rd/etscm pages Supélec
http://www.altera.com fabricant de composants programmables
http://www.actel.com fabricant de composants programmables
http://www.xilinx.com fabricant de composants programmables
http://www.dataquest.com études de marché
http://www.prep.org comparaison de composants programmables
http://www.optimagic.com index de fabricants
http://www.viewlogic.com système de développement
http://www.ednmag.com/ presse spécialisée (EDN)
http://www.e-insite.net presse spécialisée (E-InSite)
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