14nm的FPGA需要什么樣的電源管理IC？

FPGA從誕生時(shí)只包含64個(gè)邏輯模塊和85000個(gè)晶體管，門(mén)數量不超過(guò)1000個(gè)，到如今晶體管個(gè)數超過(guò)10億個(gè)，門(mén)的數量已經(jīng)達到千萬(wàn)級，結構變得越來(lái)越復雜，集成融合的模塊和功能也越來(lái)越多，其制造工藝也從原來(lái)的2μm，演進(jìn)到了目前的20nm，甚至14nm?，F在的FPGA不僅僅是一個(gè)邏輯器件，它現在更加像一個(gè)平臺，在一個(gè)FPGA中常常會(huì )包含有數字信號處理、嵌入式處理、高速串行和其他高端技術(shù)模塊。那么，這樣的FPGA需要什么樣的電源管理IC來(lái)與之配合呢？

“如何給功能越來(lái)越多，性能越來(lái)越高，工藝越來(lái)越先進(jìn)的FPGA供電，確實(shí)是一個(gè)非常具有挑戰性的問(wèn)題。”Altera公司電源業(yè)務(wù)部市場(chǎng)總監Mark Davidson表示，“采用14nm工藝的FPGA會(huì )具有更高的性能，相應地也會(huì )需要更加高性能的電源與之匹配。而且14nm的FPGA對電源的要求更加苛刻，對電源精度的要求更高，如果電壓范圍超過(guò)了規范的要求，就有可能會(huì )使FPGA失效，甚至可能會(huì )燒壞。再加上從事FPGA開(kāi)發(fā)的工程師一般都比較擅長(cháng)數字電路方面的設計開(kāi)發(fā)，而對模擬電源方面的專(zhuān)業(yè)知識可能會(huì )顯得有些不足。因此，為了幫助客戶(hù)解決這些挑戰和簡(jiǎn)化設計，我們在今年5月份時(shí)收購了Enpirion電源公司，以開(kāi)發(fā)使用方便、高效、全面的電源解決方案。”

12月初，Altera推出了收購Enpirion后的首個(gè)電源優(yōu)化FPGA參考設計。據Mark介紹，該解決方案在系統方面具有很多優(yōu)勢：引腳布局減小了50%；功耗降低了35%；由于控制環(huán)帶來(lái)的優(yōu)異的瞬變性能，FPGA的去耦合體電容的使用減少了50%；該方案具有低噪聲和低紋波的優(yōu)勢，可以高效地為收發(fā)器和PLL供電；另外它還在減少元器件數量的同時(shí)，還提高了系統的可靠性，降低了生命周期成本。

圖1：Cyclone V SoC參考設計。

Mark強調了收購一家電源企業(yè)比與電源企業(yè)合作有更多的好處。一般大的電源公司的電源器件會(huì )有很多不同的應用領(lǐng)域，他們不會(huì )也不可能把全部的精力投入到FPGA領(lǐng)域。而Altera會(huì )更加關(guān)注電源器件在FPGA方面的應用。他表示，“收購Enpirion，我們成為一個(gè)公司后，可以集合電源、FPGA系統工程，以及電路板布局、信號完整性領(lǐng)域的所有專(zhuān)家，共同開(kāi)發(fā)出一個(gè)更好的解決方案。”

未來(lái)，Altera甚至可能會(huì )利用Enpirion公司在電源方面的技術(shù)，將電源模塊集成進(jìn)FPGA內部，從而簡(jiǎn)化FPGA系統開(kāi)發(fā)工程師的開(kāi)發(fā)過(guò)程。