ASIC vs FPGA: Was ist der Unterschied?

Ein ASIC, kurz für anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ist ein Chip, dessen Schaltungen dauerhaft für eine einzige Aufgabe gefertigt sind, und er wird nie etwas anderes tun. Ein FPGA, ein im Feld programmierbares Gatter-Array, ist ein Chip voller Standardbausteine, deren Verbindungen durch das Laden einer Datei festgelegt werden, derselbe Chip kann also heute die eine Schaltung sein und morgen eine andere. Der Unterschied zwischen beiden ist die Festlegung. Sich festzulegen macht jeden Chip billiger, kleiner und sparsamer, sobald die Stückzahlen groß sind; wandelbar zu bleiben kostet mehr pro Chip, aber ein Entwurfsfehler wird durch das Laden einer neuen Datei behoben. Die Wahl ist also vor allem eine Frage der Menge, und der Übergangspunkt wird meist zwischen 5.000 und 50.000 Stück angesetzt.

Ein ASIC, kurz für anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ist ein Chip, der so gefertigt wird, dass seine Schaltungen genau eine Aufgabe erfüllen. Ein FPGA, ein im Feld programmierbares Gatter-Array, ist ein fertig gekaufter Chip, dessen innere Verbindungen erst danach festgelegt werden, durch das Laden einer Konfigurationsdatei. Beide beginnen gleich, mit Ingenieuren, die die gewünschte Schaltung in einer Entwurfssprache beschreiben. Beim ASIC geht dieser Entwurf an eine Fabrik und wird dauerhaft in Silizium gefertigt, was üblicherweise Millionen kostet, bevor der erste Chip existiert. Beim FPGA wird der Entwurf auf einen Chip von der Stange geladen. Danach kehrt sich die Rechnung um. Jeder gefertigte ASIC kostet einen Bruchteil eines FPGA und erledigt seine Aufgabe mit weniger Strom: die Bausteine und Leitungen, die ein FPGA wandelbar halten, brauchen Siliziumfläche, kosten Verzögerung und ziehen Strom. Ein fehlerhafter FPGA-Entwurf wird durch das Laden einer korrigierten Datei behoben, oft am selben Tag; ein fehlerhafter ASIC bedeutet einen neuen Fertigungslauf, Monate entfernt, mit den fehlerhaften Chips bereits gebaut. Die Wahl läuft also auf Stückzahl und Sicherheit hinaus: jenseits eines Übergangspunkts, der meist zwischen 5.000 und 50.000 Stück angesetzt wird, und mit einem Entwurf, dem man traut, holt der ASIC seine Anfangskosten wieder herein. Keiner von beiden ist ein Prozessor. Die Schaltungen einer GPU liegen fest, führen aber wandelbare Software aus, während das Umkonfigurieren eines FPGA die Schaltung selbst ändert, und die Schaltung eines ASIC ändert sich nie. Googles TPU ist ein berühmter ASIC, allein für die Arithmetik neuronaler Netze gebaut, doch die meisten sind namenlos: die festen Chips in Haushaltsgeräten, Autos und Handys, millionenfach für je eine Aufgabe gefertigt.

Ein ASIC ist wie eine Fabrikform; ein FPGA ist wie ein Kasten mit Steckteilen. Die Form zu fräsen kostet ein Vermögen, dauert Monate und ergibt genau eine Gestalt. Danach ist jedes Teil, das sie ausstößt, gleich, genau passend, und kostet einen winzigen Bruchteil dessen, was die Form gekostet hat. Stellt sich die Gestalt als falsch heraus, muss eine weitere Form gefräst werden. Der Kasten funktioniert andersherum. Seine Teile kosten mehr und das Gebaute ist klobiger und schwächer, aber es lässt sich heute Abend zerlegen und als etwas anderes wieder aufbauen, ein Fehler kostet also einen Abend und keine weitere Form. Die Form ist der ASIC, festgelegt und günstig in Stückzahl; der Kasten ist das FPGA, wandelbar und teuer pro Teil; und die Wahl hängt davon ab, wie viele du brauchst und wie sicher du dir bist.