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Nuove applicazioni per gli Field Programmable Gate Array (FPGA)

Le applicazioni degli fpga nel settore dei semiconduttori

A un quarto di secolo dalla nascita, il Field Programmable Gate Array sembra essere entrato oggi in una nuova fase della propria esistenza, caratterizzata da un ruolo più importante nell'ambito dei sistemi elettronici e da un deciso ampliamento dello spettro applicativo. A questa evoluzione contribuiscono due principali fattori: da un lato la trasformazione in atto nell'industria dei semiconduttori, dall'altro le innovazioni tecnologiche introdotte dai produttori, sia dai due leader di mercato sia dai player di dimensioni inferiori.

Il nuovo ruolo degli FPGA

Una delle principali tendenze in atto riguarda il cambiamento del ruolo degli Fpga. Una ventina di anni fa questi dispositivi erano considerati utili principalmente come soluzioni di prototipazione (in attesa dello sviluppo di chip dedicati) o per riunire la glue logic che altrimenti avrebbe occupato molto spazio sulla scheda. Oggi, invece, in molte applicazioni gli Fpga costituiscono il cuore del sistema (processore compreso) e vengono utilizzati regolarmente nella produzione in serie. Questo cambiamento è avvenuto in modo graduale, poiché ha seguito l'andamento della cosiddetta “legge di Moore” (l'adozione di geometrie di processo sempre più piccole, con la conseguente possibilità di fabbricare Fpga sempre più grandi). Percorrendo questa strada, però, l'industria elettronica sembra avere varcato una soglia che conduce oggi a un panorama del tutto nuovo.

Molti elementi, infatti, inducono a pensare che in un futuro non lontano gli Fpga costituiranno la “normale” soluzione di implementazione per buona parte dei i sistemi digitali, mentre i chip tradizionali (progettati per una specifica funzione) saranno utilizzati prevalentemente nelle applicazioni caratterizzate da volumi produttivi estremamente alti.

A parlare di una vera e propria svolta sono ovviamente i produttori di Fpga e in particolare Xilinx, che punta il dito sul continuo aumento dei costi di sviluppo dei circuiti integrati. A 32 nanometri, infatti sviluppare un nuovo chip costa cento milioni di dollari, una cifra giustificabile solo da volumi produttivi estremamente alti. Il problema rappresentato dall'aumento dei costi di sviluppo è stato forse sottovalutato negli scorsi anni, almeno a livello psicologico: in fondo il concetto chiave della legge di Moore (sempre più transistor senza aumentare l'area del die) porta con sé un assunto implicito del tipo “sempre più transistor senza aumentare i costi”. Questo assunto, però, si è rivelato sbagliato, almeno per quanto riguarda la componente Nre (Non-recurrent engineering). E oltre una certa soglia, l'aumento dei costi di sviluppo porta a un'inversione del rapporto tra chip tradizionali (Asic, Assp) e logiche programmabili: queste ultime divengono più competitive, nonostante i loro limiti intrinseci. Occorre ricordare, infatti, che un Fpga non può mai costituire una soluzione di implementazione totalmente ottimizzata, poiché rispetto a un chip Asic/Assp comporta sprechi di silicio (porte logiche inutilizzate, risorse di routing), minore velocità (le catene logiche sono più lunghe) e maggiori consumi. Ma, sempre grazie alla solita legge di Moore, questi svantaggi sono diventati largamente trascurabili: oggi i transistor sono disponibili in abbondanza e le velocità dei chip sono sempre più alte.

La trasformazione dell'industria dei semiconduttori

L'aumento dei costi di sviluppo dei chip ha effetti anche sul tessuto industriale della microelettronica, effetti che possono tradursi in un ulteriore fattore favorevole per la diffusione delle logiche programmabili. È ovviamente di questo avviso Moshe Gavrielov, Ceo di Xilinx, che ha affrontato questo tema nel corso di una recente conferenza stampa. Gavrielov ha attirato l'attenzione anche sui costi delle fabbriche di semiconduttori, che com'è noto hanno raggiunto livelli stratosferici; alcuni osservatori ritengono che gli impianti per chip a 11 nanometri potranno essere realizzati solo da grandi conglomerati industriali o dai governi dei paesi ricchi. Secondo il Ceo di Xilinx, in questo scenario quasi tutti i produttori di semiconduttori si trovano in difficoltà già oggi.

Le società più grosse stanno cercando di liberarsi delle loro fabbriche per divenire aziende “fabless” e sono quindi alle prese con una difficile trasformazione. Le aziende di dimensioni medie devono affrontare gli stessi problemi dei produttori di Asic, cioè ammortizzare costi di sviluppo sempre più alti: per giustificare uno sviluppo costato cento milioni di dollari occorre un mercato da 500 milioni di dollari, ma le opportunità così grosse sono davvero rare. Di conseguenza le aziende di questa categoria hanno attualmente difficoltà finanziarie che porteranno probabilmente a un'ondata di fusioni e acquisizioni. Le piccole società startup, infine, sono una razza a rischio di estinzione, poiché il venture capital si tiene lontano da un settore che oggi richiede altissimi investimenti, difficili da ammortizzare. Secondo quanto riferisce Gavrielov, ad esempio, da due anni Sequoia Capital non effettua investimenti nel settore dei semiconduttori.

Esiste quindi la possibilità di una riduzione dell'offerta di Assp e Asic rivolti ad alcuni settori applicativi, il che aprirebbe ulteriori opportunità per gli Fpga. Sempre secondo Gavrielov, al crescente successo delle logiche programmabili contribuiscono anche altri due fattori: l'attuale crisi economica (che premia le implementazioni meno costose) e l'accorciamento del ciclo di vita dei prodotti elettronici (fenomeno che si osserva, seppure in misura diversa, in tutti i settori applicativi). Occorre comunque ricordare che la gara tra gli Fpga e i dispositivi tradizionali (Asic e Assp) è sempre aperta, pertanto le reali opportunità di crescita delle logiche programmabili dipendono dalla loro effettiva competitività nei singoli casi applicativi. Vediamo quindi - limitandoci ad alcuni esempi - i modi in cui i produttori di Fpga stanno cercando di ampliare lo spettro applicativo dei loro prodotti.

 

 

 

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