FPGA技術(shù)的優(yōu)劣勢分析

盡管FPGA（現場(chǎng)可編程門(mén)陣列）從誕生至今只有20多年的歷史，但作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，FPGA已經(jīng)取得了輝煌的成就。8月28日，在成都“2009中國FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”上，FPGA企業(yè)的代表、系統企業(yè)的代表、市場(chǎng)調研公司的分析師以及關(guān)注FPGA產(chǎn)業(yè)的各界人士共聚一堂，熱烈探討FPGA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現狀和未來(lái)趨勢。

靈活性凸顯FPGA優(yōu)勢

從工藝技術(shù)來(lái)看，和CPU一樣，FPGA始終走在半導體產(chǎn)業(yè)的前列，如今已躋身40納米陣營(yíng)；就應用領(lǐng)域而言，FPGA已從最初的通信領(lǐng)域向各行各業(yè)擴展。在美國賽靈思公司亞太區市場(chǎng)及應用總監張宇清看來(lái)，市場(chǎng)的迅速變化、企業(yè)對成本和資金投入的控制以及技術(shù)的創(chuàng )新是FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展的3大推動(dòng)力。在本次論壇的專(zhuān)題演講中，張宇清表示，FPGA的可編程特性使得該器件具有獨特的靈活性，可以幫助系統廠(chǎng)商在最短的時(shí)間內推出產(chǎn)品并實(shí)現產(chǎn)業(yè)化；隨著(zhù)工藝的進(jìn)步，ASIC產(chǎn)品所需的NRE（一次性工程）成本越來(lái)越高，受企業(yè)研發(fā)資金的約束，ASIC在很多市場(chǎng)領(lǐng)域已被FPGA取代。

同時(shí)，FPGA廠(chǎng)商也致力于為客戶(hù)提供更全面的服務(wù)。來(lái)自Altera公司亞太區的DSP高級技術(shù)專(zhuān)家王水表示，FPGA廠(chǎng)商提供給客戶(hù)的不僅僅是簡(jiǎn)單的芯片，而且要包括功能非常強大的IP，還要有非常完善的參考設計，另外，還要為客戶(hù)提供非常專(zhuān)業(yè)的技術(shù)支持。

   Actel公司亞太區技術(shù)經(jīng)理兼高級市場(chǎng)應用工程師戴夢(mèng)麟則向與會(huì )人士介紹了面向低功耗需求的圖形化設計方案———MPM(混合信號電源管理)。該方案基于Actel公司獨特的具備模擬功能的FusionFPGA，整個(gè)方案無(wú)需重新編程，在明顯提高整體電源管理效率的同時(shí)也提高了工程師的工作效率。

不過(guò)，FPGA在應用中的不足之處也比較明顯。即便是來(lái)自FPGA企業(yè)的人士也承認，如果僅就單個(gè)芯片的成本而言，FPGA是不占優(yōu)勢的，這就不利于其在大規模應用中的推廣；此外，功耗問(wèn)題也是制約FPGA產(chǎn)業(yè)快速成長(cháng)的一個(gè)因素。

消費市場(chǎng)重在快速反應

全球主流半導體廠(chǎng)商在消費電子領(lǐng)域的競爭早已是刺刀見(jiàn)紅，而在該領(lǐng)域，FPGA還是一個(gè)新兵。張宇清表示，FPGA在消費電子產(chǎn)品中應用的瓶頸在于成本和功耗，如果跟ASIC比拼的話(huà)，還是有一定距離的，盡管這種差距在不斷縮??；另外，在消費電子領(lǐng)域，FPGA和ASIC都還要面對ASSP的挑戰。

基于FPGA的設計能幫助終端產(chǎn)品縮短上市時(shí)間，這使得FPGA在消費電子領(lǐng)域有更多的應用。據張宇清介紹，在LCDTV領(lǐng)域，一些日本和韓國廠(chǎng)商在推出40英寸以上的LCDTV的時(shí)候，其第一代產(chǎn)品往往是用FPGA來(lái)做主芯片的。利用FPGA的可編程特性還有一個(gè)好處就是可以降低庫存，系統廠(chǎng)商用同樣的PCB，可以支持全世界不同的市場(chǎng)需求和功能，每一次配置都可以實(shí)現不同的功能。

四川虹微技術(shù)有限公司應用開(kāi)發(fā)組經(jīng)理高君效也認為，FPGA在消費電子領(lǐng)域的應用，其最重要的優(yōu)點(diǎn)體現在一個(gè)“快”字。他表示，隨著(zhù)市場(chǎng)的細分，終端企業(yè)要保持較高的毛利率就必須盡快地搶占市場(chǎng)，否則就會(huì )面臨破產(chǎn)。

而FPGA具有開(kāi)發(fā)周期短的特點(diǎn)，這對于終端企業(yè)而言是很有吸引力的。

對于FPGA在消費電子領(lǐng)域的應用，高君效強調的另外兩個(gè)字是“服務(wù)”。他認為，服務(wù)在消費電子市場(chǎng)是一個(gè)非常重要的環(huán)節，FPGA廠(chǎng)商不僅要幫助客戶(hù)快速推出產(chǎn)品、推出方案，也要幫助客戶(hù)的客戶(hù)考慮問(wèn)題，讓客戶(hù)的客戶(hù)覺(jué)得生產(chǎn)比較方便、靈活而且實(shí)用；另外，FPGA廠(chǎng)商也應該想辦法幫助那些設計能力不是很強的客戶(hù)，讓他們快速地定位自己的終端產(chǎn)品，并且能夠快速地發(fā)現產(chǎn)品的問(wèn)題所在，同時(shí)提出維修的建議。這樣，FPGA產(chǎn)品就會(huì )在競爭的天平中獲得更重的砝碼。

通信應用謹防黃雀在后

通信領(lǐng)域一向是FPGA應用的主戰場(chǎng)，曾經(jīng)占FPGA整體市場(chǎng)份額的80%以上；隨著(zhù)FPGA應用領(lǐng)域的擴展，這一比例有所下降，但仍然維持在50%左右?？梢?jiàn)，通信領(lǐng)域是FPGA主流企業(yè)的必爭之地。事實(shí)上，對通信設備廠(chǎng)商而言，他們的選擇不僅僅是FPGA，ASIC和通用的CPU/DSP也是頗有競爭力的選項。中興通訊IC總工程師陳月峰表示，在通信設備中，這3種產(chǎn)品的使用量基本是接近的，在不同的需求中各有側重。

陳月峰認為，與ASIC相比，FPGA的開(kāi)發(fā)周期非常短，非常適合需要快速推向市場(chǎng)的產(chǎn)品；跟通用CPU和DSP相比，在需要高帶寬數據處理的領(lǐng)域，FPGA更能體現它的優(yōu)勢。在通信領(lǐng)域，協(xié)議標準的演進(jìn)趨勢對FPGA也比較有利。“一般來(lái)說(shuō)，在協(xié)議標準演進(jìn)前期，協(xié)議變化非常劇烈，通信設備廠(chǎng)商會(huì )傾向于選擇FPGA；到協(xié)議標準演進(jìn)后期，協(xié)議相對比較穩定，就會(huì )采用ASIC。”陳月峰在演講中表示，“現在的趨勢越來(lái)越趨向于多標準演進(jìn)，無(wú)論是無(wú)線(xiàn)通信還是有線(xiàn)通信，單一制式和單一標準的演進(jìn)都已經(jīng)基本不存在了，所有都是多標準演進(jìn)。由于多標準演進(jìn)的時(shí)間不是同步的，所以FPGA的應用范圍就不斷擴大，而ASIC的應用范圍就日益縮小。另外，通信產(chǎn)品個(gè)性化定制的需求越來(lái)越強烈，產(chǎn)品要求多樣化。設備廠(chǎng)商的每一個(gè)產(chǎn)品針對某個(gè)客戶(hù)都會(huì )有一些定制的需求。由于FPGA具有可編程的特色，靈活性很強，所以一般會(huì )被作為首選。”

在通信領(lǐng)域，FPGA的應用也面臨不少威脅，多核DSP/CPU的應用就是一個(gè)有力的挑戰者。據陳月峰介紹，目前TI、飛思卡爾等公司在多核DSP里集成了很多硬件加速單元，同時(shí)其DSP的頻率也越來(lái)越高，這種趨勢使得通信廠(chǎng)商可以把一些核心功能放到DSP中去處理，只把一些高速數據傳輸的功能用FPGA來(lái)實(shí)現，FPGA在通信核心功能的應用市場(chǎng)縮小，而被擠壓的部分恰好是中高端FPGA產(chǎn)品；其次，SoC的應用推動(dòng)內嵌CPU/DSP核的ASIC開(kāi)發(fā)，多核CPU/DSP架構加硬件加速器的架構同樣可以在ASIC中實(shí)現，雖然其DSP的功能比高端DSP產(chǎn)品弱，但也能滿(mǎn)足通信設備廠(chǎng)商的需求；另外，介于FPGA和ASIC之間的技術(shù)的結構化ASIC(eASIC)也利用其開(kāi)發(fā)周期短和成本低的優(yōu)點(diǎn)開(kāi)始擠占低成本FPGA的市場(chǎng)。