FPGA为什么如此昂贵？

我的意思是与复杂度，速度等类似的IC（ASIC）相比。让我们将以太网交换机与Kintex FPGA进行比较（请注意，列表中最昂贵的交换机大约与最便宜的Kintex一样贵）：

• FPGA是结构良好的 IC（例如RAM）。它们可以轻松缩放和开发。
• 该设计工具（Vivado，的Quartus等）过于昂贵，所以我觉得一个FPGA的价格是IC（发展）本身的价格不计的成本支撑和工具。（一些非FPGA厂商免费提供工具，其开发成本包括IC价格。）

FPGA的产量是否低于其他IC？还是有任何技术手段？

FPGA芯片在逻辑元件之间包括逻辑和可编程连接，而ASIC仅包括逻辑。

您会惊讶于FPGA中有多少芯片面积专门用于“连接结构”-轻松占芯片的90％或更多。这意味着FPGA至少使用等效ASIC的10倍芯片面积，并且芯片面积昂贵！

无论给定的硅晶圆上有多少个单独的芯片，在硅晶圆上进行所有处理都需要花费一定的成本。因此，首先近似地，芯片成本与其面积成正比。但是，有几个因素使它变得更糟。首先，较大的芯片意味着开始时晶圆上的可用位置较少-晶圆是圆形的，芯片是方形的，边缘周围损失了很多面积。并且缺陷密度在整个晶片上趋于恒定，这意味着获得没有缺陷的芯片（即“成品率”）的可能性随芯片尺寸而降低。

成本的另一个主要驱动因素是验证。

FPGA需要在销售前进行单独测试。这部分是为了确保成千上万的路由互连和逻辑单元全部正常工作。但是，验证还涉及特性描述和速度分级合并-确定硅可以运行的速度，以及所有许多互连和单元的速度和传播延迟是否适合其等级的时序模型。

对于ASIC设计，测试通常更简单-是-否设计是否按预期执行。因此，验证所需的时间可能少得多，因此执行起来更便宜。

工艺技术是通常被忽视的一个（或更多）重要点。

市场占有率高的FPGA采用先进技术制造。更具体地说，Kintex-7 FPGA采用了台积电28nm工艺，并于2011年开始发货^[1]。台积电于同年开始批量生产28nm ^[2]。

[1] Xilinx推出首批28nm Kintex-7 FPGA（Clive Maxfield，03.21.11）

[2] Chang表示：“我们的28纳米去年进入量产，占2011年第四季度晶片收入的2％。”

我不知道以太网交换的过程，但是大多数ASIC设计公司并不遵循最先进的技术。对于铸造厂也没有意义。

下图显示了台积电按技术分类的收入（2018年第一季度）。即使在2018年，收入的39％也来自28nm以上的技术。如果我们考虑芯片的数量，不难想象今天有一半以上的ASIC是使用比7年历史的Kintex-7更旧的技术制造的。

结论是，处理技术是使FPGA变得更昂贵的因素之一。我并不是说这是一个主要因素，但足够重要。

我要冒昧地说，到目前为止，这主要是由简单的供求关系决定的。以太网交换机已批量生产，具有巨大的规模经济性，并且与未广泛使用的芯片相比打折出售。我想说，FPGA没有像以太网交换机那样广泛地部署，因此它们的成本更高，因为开发和基础设施的成本分布在较少的客户中。

这与工艺或芯片尺寸无关。考虑一下Xilinx Virtex-7（仅是因为我可以更轻松地找到它的数据），然后与几个同时代的人进行比较：

• Virtex7（2011），28nm，〜68亿个晶体管，$ 2500USD（流行的型号）至$ 35,000USD（高端型号）
• NVIDIA开普勒GK110（2012），28纳米，约71亿个晶体管，特斯拉K20卡在发布时的价格约为3200美元（芯片价格中的较小部分）
• XBoxOne SOC（2013），28纳米，约50亿个晶体管，启动时整个XBox的价格为499美元
• Xeon E5-2699 v3 [18 core]（2014），22nm，〜56亿个晶体管，〜$ 4500USD

因此，与其他具有相似晶体管数量，产量和销量的硅相比，Virtex FPGA总体看来价格合理（最受欢迎的型号）。XBox SOC作为一种已广泛部署在消费类设备中的产品而突出，其成本也低得多。

NVIDIA的计算GK110的部署范围远不及最终在游戏卡中使用的类似消费类芯片，并且即使考虑到架构上的相似性以及这些芯片是在同一家工厂生产的事实，其价格也同样昂贵。

至于Virtex芯片，2500美元的芯片与35000美元的芯片的复杂度没有10倍的差异-后者的受欢迎程度要​​低得多，而且销量较低，每单位成本必然更高。

市场充满了这一点。可以卖出一亿美元的任何东西总比卖出十万美元的东西便宜。