PLD將憑借高效低耗挑戰消費電子領(lǐng)域

可編程邏輯器件(PLD)的兩種主要類(lèi)型是現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)和復雜可編程邏輯器件(CPLD)。根據半導體行業(yè)協(xié)會(huì )提供的數據，PLD現在是半導體行業(yè)中增長(cháng)最快的領(lǐng)域之一，高性能PLD現在已經(jīng)從采用最先進(jìn)的標準單元技術(shù)制造的固定邏輯器件手中奪得部分市場(chǎng)份額。而消費電子則是PLD正在快速增長(cháng)的應用領(lǐng)域。

PLD行業(yè)最近出現了很多新變化。以往，PLD更多是用在一些特殊產(chǎn)品中，例如低成本原型，或者像路由器這樣的小批量產(chǎn)品。而今天，PLD則更多涉足消費電子領(lǐng)域。

PLD快速滲透消費電子市場(chǎng)

在摩爾定律的作用下，隨著(zhù)電子技術(shù)向新一代技術(shù)發(fā)展，即便在大批量產(chǎn)品的設計中，可編程器件也將變得越來(lái)越有競爭力，這正是賽靈思公司在2007年擴大亞太區總部新加坡研發(fā)設計團隊的原因之一，擴大后的研發(fā)團隊還將針對大批量、低成本的應用設計FPGA。其中一個(gè)新項目就是開(kāi)發(fā)低端的、大批量的FPGA，專(zhuān)門(mén)針對消費市場(chǎng)。目前，賽靈思的產(chǎn)品已經(jīng)用在數字高清電視、高級機頂盒與電纜等設備中。眾所周知，消費市場(chǎng)的產(chǎn)品如今主要是在亞洲生產(chǎn)，消費電子產(chǎn)品的吸引力越來(lái)越大，這種吸引力主要來(lái)自亞洲用戶(hù)的需求。

預計2008年又將是一個(gè)快速增長(cháng)的年份，特別是在消費和汽車(chē)領(lǐng)域。平板顯示是電子行業(yè)中另一個(gè)增長(cháng)最快的領(lǐng)域，根據iSuppli的數據，全球液晶電視和等離子電視的出貨量到2009年將達到近8000萬(wàn)臺。FPGA在支持這些顯示技術(shù)背后的眾多關(guān)鍵技術(shù)方面扮演了關(guān)鍵角色，平板顯示市場(chǎng)成為賽靈思公司快速增長(cháng)的市場(chǎng)之一。

隨著(zhù)便攜式電子設備制造商不斷向市場(chǎng)推出新產(chǎn)品，移動(dòng)設備也為PLD帶來(lái)巨大的機會(huì )。今天的設計人員越來(lái)越多地將視野轉向ASIC(專(zhuān)用集成電路)和 ASSP(專(zhuān)用標準產(chǎn)品)的固定架構之外，以充分利用可編程邏輯內在的設計靈活性和上市時(shí)間優(yōu)勢。除了需要更高的性能以外，消費者現在還需要更高的易用性 ——iPhone就是一個(gè)很好的例子。PLD使得設計人員能夠利用易用性特點(diǎn)使產(chǎn)品在市場(chǎng)上脫穎而出，同時(shí)還可以加快產(chǎn)品推向市場(chǎng)的速度。遵循摩爾定律的穩定行進(jìn)，PLD現在可以同時(shí)滿(mǎn)足這一快速增長(cháng)的移動(dòng)設備市場(chǎng)對成本和功耗方面的苛刻要求。

FPGA產(chǎn)品凸顯性能優(yōu)勢

賽靈思有兩個(gè)系列產(chǎn)品是面向消費應用的：Spartan-3系列FPGA和 CoolRunner-II CPLD。Spartan系列提供了多個(gè)面向領(lǐng)域優(yōu)化的FPGA平臺來(lái)滿(mǎn)足成本效率方面的需求。而競爭廠(chǎng)商對于所有應用僅提供一種平臺，單一平臺的問(wèn)題是客戶(hù)需要為芯片上特定應用并不需要的電路支付一定的成本，因此成本效率低。

Spartan-3A以及更新的系列產(chǎn)品提供了豐富的功能來(lái)降低客戶(hù)的總體系統成本，并將所需要的電源軌數量減少到兩個(gè)，而我們最接近的競爭對手的產(chǎn)品也需要四個(gè)電源軌。電源軌越多，就意味著(zhù)需要更多的穩壓器和分立器件，也就意味著(zhù)設計更復雜，電路板成本更高。

賽靈思的FPGA產(chǎn)品比競爭產(chǎn)品擁有更寬的供電電壓范圍，而窄供電電壓范圍需要成本更高的穩壓器。賽靈思FPGA器件通過(guò)高度集成可支持業(yè)界最廣泛的 I/O標準選擇，因此在許多設計中不再需要外圍器件，從而進(jìn)一步節約了成本。賽靈思提供業(yè)界最廣泛的FPGA器件和封裝選擇。對于大多數消費應用，賽靈思提供的MicroBlaze針對嵌入式和控制應用的微處理器進(jìn)一步減少了對外部MCU(微控制器)的需要，免費的RTOS(實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統)支持(如 uCLinux)可幫助客戶(hù)將總體成本降到最低。Spartan-3A平臺系列器件支持系列內器件以及與Spartan-3AN系列器件的引腳對引腳 (pin-to-pin)移植，這在FPGA行業(yè)還是首創(chuàng )?？蛻?hù)不需要重新設計電路板就可以采用不同密度范圍的器件。

Spartan還是第一個(gè)支持客戶(hù)專(zhuān)用I/O接口的FPGA，如目前數字顯示領(lǐng)域常用的TMDS(最小化傳輸差分信號)和RSDS(低擺幅差分信號傳輸)。根據我們的經(jīng)驗，大多數消費應用需要的FPGA密度范圍都在160萬(wàn)門(mén)上下。賽靈思的CoolRunner-II CPLD是全球成本最低的低功耗CPLD，并且采用了最小的晶圓規模封裝(如4mm×4mm)。

低功耗堪與專(zhuān)用電路匹敵

對于數字顯示、機頂盒和無(wú)線(xiàn)路由器等大多數消費應用來(lái)說(shuō)，低的待機和靜態(tài)功耗非常重要。Spartan-3A提供了比競爭產(chǎn)品更多的節電工作模式。懸掛節電模式下FPGA可快速喚醒，不需要等待配置時(shí)間，同時(shí)可節省待機電耗高達80%。休眠模式可節省待機電耗高達99%，這一水平是最接近競爭對手產(chǎn)品所采用的停止時(shí)鐘所不能夠達到的。即使對最接近的競爭廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，為了仿真實(shí)現上述兩種模式，他們都需要采用外部電源管理芯片。

而Spartan-3A的電源軌設計就考慮到將外部器件的使用減到最少，如去耦濾波電路、鉭電容和鐵氧體磁珠(Ferrite Bead)等，因此可以降低系統成本和功耗。高度集成的I/O不再需要驅動(dòng)器、緩沖器和電平移位器，從而可進(jìn)一步節約功耗。在低功耗模式下，FPGA供電電壓可降低至1伏，而對于競爭產(chǎn)品來(lái)說(shuō)實(shí)現這一點(diǎn)非常具有挑戰性，代價(jià)也比較昂貴。在最近的功耗基準測試中，Spartan-3A的靜態(tài)功耗比競爭對手 65納米系列的產(chǎn)品還低。功率驅動(dòng)的編譯器和軟件優(yōu)化也會(huì )幫助客戶(hù)在設計中進(jìn)一步降低功耗。未來(lái)，FPGA軟件、工藝和高級低功耗模式相結合的組合技術(shù)將會(huì )使功耗能夠與ASIC和ASSP器件的功耗相匹敵。