FPGA應用愈加廣泛 行業(yè)演進(jìn)呈現三大趨勢

　　FPGA（現場(chǎng)可編程邏輯器件）產(chǎn)品的應用領(lǐng)域已經(jīng)從原來(lái)的通信擴展到消費電子、汽車(chē)電子、工業(yè)控制、測試測量等廣泛的領(lǐng)域。而應用的變化也使FPGA產(chǎn)品近幾年的演進(jìn)趨勢越來(lái)越明顯：一方面，FPGA供應商致力于采用當前最先進(jìn)的工藝來(lái)提升產(chǎn)品的性能，降低產(chǎn)品的成本；另一方面，越來(lái)越多的通用IP（知識產(chǎn)權）或客戶(hù)定制IP被引入FPGA中，以滿(mǎn)足客戶(hù)產(chǎn)品快速上市的要求。此外，FPGA企業(yè)都在大力降低產(chǎn)品的功耗，滿(mǎn)足業(yè)界越來(lái)越苛刻的低功耗需求。

　　第一時(shí)間采用新工藝提升性能降低成本

　　半導體產(chǎn)品的集成度和成本一直在按照摩爾定律演進(jìn)。在這方面，作為半導體產(chǎn)品的重要一支——— 可編程邏輯器件也不例外。“最先進(jìn)的半導體工藝幾乎都會(huì )在第一時(shí)間被應用在FPGA產(chǎn)品上。”駿龍科技有限公司Altera產(chǎn)品事業(yè)部經(jīng)理胡晟說(shuō)，“而每一次工藝升級帶來(lái)的優(yōu)勢，都會(huì )在產(chǎn)品的功耗、最高運行頻率、容量以及成本上得到體現。”

　　2001年之后，FPGA產(chǎn)品加快了從一個(gè)工藝節點(diǎn)向更先進(jìn)工藝節點(diǎn)邁進(jìn)的步伐，從150nm、130nm躍進(jìn)到90nm。之后在2006年，65nm工藝又在第一時(shí)間被引入。時(shí)至今日，兩大主流FPGA企業(yè)的65nm已經(jīng)獲得了大量應用。其中，賽靈思公司的65nm產(chǎn)品集中在其高端系列Virtex(R)-5上，并已發(fā)展到了4個(gè)系列15個(gè)平臺；而Altera公司的65nm產(chǎn)品涵蓋中低端Cyclone(R)系列和高端產(chǎn)Stratix(R)系列。

　　采用65nm工藝技術(shù)，使FPGA產(chǎn)品的性能再次獲得了飛躍，成本和功耗也大幅降低。例如，賽靈思公司就介紹說(shuō)，他們65nm工藝的FPGA與90nm產(chǎn)品相比，速度平均提高了30%，容量增加了65%，與此同時(shí)，動(dòng)態(tài)功耗降低了35%，靜態(tài)功耗保持相同的低水平，而芯片使用面積減少了45%。Altera采用65nm工藝的Cyclone(R)III系列比前一代產(chǎn)品每邏輯單元成本降低20%，含有288個(gè)數字信號處理(DSP)乘法器，存儲器達到4Mb，它使設計人員能夠更多地在成本敏感的應用中使用FPGA。

　　針對這兩家FPGA企業(yè)65nm產(chǎn)品的競爭力，業(yè)內一家系統公司研發(fā)部門(mén)經(jīng)理評價(jià)說(shuō)：“客觀(guān)地說(shuō)，在65nm產(chǎn)品上，賽靈思和Altera各有優(yōu)勢。賽靈思在高端產(chǎn)品市場(chǎng)上做得不錯，而Altera則在中低端產(chǎn)品市場(chǎng)上做得更好。”

　　工藝技術(shù)推動(dòng)的創(chuàng )新還在不斷延續。今年5月，Altera向業(yè)界發(fā)布了全球首款采用40nm工藝的FPGA和ASIC，即Stratix(R)Ⅳ FPGA系列和HardCopy(R)ⅣFPGA系列。Altera公司總裁、首席執行官兼董事長(cháng)JohnDaane表示，Altera將遵循既定計劃，于2008年第四季度提供Stratix(R)Ⅳ器件系列第一個(gè)型號的工程樣片，HardCopy(R)IVASIC（專(zhuān)用集成電路）也將于2009年第三季度開(kāi)始接受客戶(hù)投片。

　　FPGA產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入45nm時(shí)代，32nm產(chǎn)品的研發(fā)也在緊鑼密鼓地進(jìn)行著(zhù)。而每一代新工藝技術(shù)都像是FPGA業(yè)的重磅武器，讓FPGA在與ASIC和ASSP（客戶(hù)定制產(chǎn)品）的競爭中獲得更大的空間。

　　引入更多通用和定制IP向解決方案供應商轉變

　　近5年來(lái)，FPGA的應用已經(jīng)從過(guò)去通信基礎設備這一非常窄的領(lǐng)域迅速擴展到了今天非常廣泛的應用領(lǐng)域。“我們看到，在許多新興和快速成長(cháng)的市場(chǎng)上，FPGA作為核心器件而被廣泛采用。無(wú)線(xiàn)通信、工業(yè)、科學(xué)及測量、醫療設備、音視頻廣播、汽車(chē)、計算、存儲應用和快速發(fā)展的消費品市場(chǎng)，都成為FPGA業(yè)務(wù)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。”安富利科匯中國區市場(chǎng)總監鐘僑海說(shuō)。在這種情況下，FPGA企業(yè)也開(kāi)始了相應的轉型，以適應新的發(fā)展需求。

　　“對于我們來(lái)說(shuō)，最大的挑戰是FPGA以后將成為用戶(hù)設計的一個(gè)核心和中心，我們需要深刻理解各種各樣的用戶(hù)需求。”賽靈思首席技術(shù)官I(mǎi)voBolsens說(shuō)，“因此，我們的目標是要成為一個(gè)系統級的公司，是業(yè)內領(lǐng)先的解決方案供應商，而不僅僅是一家芯片供應商。”為了實(shí)現做系統廠(chǎng)商的目標，在幾年前，FPGA廠(chǎng)商在產(chǎn)品中引入了通用IP，例如多處理器、嵌入式總線(xiàn)及多種I/O（輸入/輸出）接口。之后，他們更聯(lián)合第三方合作伙伴推出適用于不同應用領(lǐng)域的解決方案。

　　采用各種技術(shù)路線(xiàn)爭做低功耗之王

　　電池供電應用的迅猛增長(cháng)刺激了全球市場(chǎng)對低功耗半導體的需求。今天，系統設計人員面對更加嚴格的系統總體功耗限制。與此同時(shí)，這類(lèi)應用所要求的功能、性能和復雜度也在增加，但卻不能以增加電池為代價(jià)。為此，原來(lái)在功耗指標上并不占優(yōu)的FPGA產(chǎn)品開(kāi)始采用各種新技術(shù)來(lái)降低和優(yōu)化功耗。

　　雖然基于SRAM（靜態(tài)存儲器）的FPGA占據了市場(chǎng)的主流，但從去年開(kāi)始，基于Flash的FPGA企業(yè)Actel開(kāi)始在市場(chǎng)上大力推廣他們的低功耗產(chǎn)品IG-LOO，并取得了不小的增長(cháng)。Actel總裁兼首席執行官JohnEast明確表示，由于基于Flash（閃存）的FPGA器件在啟動(dòng)時(shí)不需要耗費功耗去配置數據，也不需要外接配置器件，具有上電即行功能的FPGA能快速上電，并可從睡眠模式下快速恢復系統狀態(tài)，且不需要重新加載配置數據。而基于SRAM的FPGA產(chǎn)品上電啟動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生浪涌電流，并在系統初始化期間出現加載配置數據的功耗尖峰，這會(huì )導致額外的電能消耗。“而且今天繼續降低器件電源電壓的日子已不復存在。不僅如此，由于基于SRAM技術(shù)的FPGA晶體管密度極高，每一次半導體工藝節點(diǎn)縮小，意味著(zhù)靜態(tài)功耗增加。這是因為工藝節點(diǎn)縮小后，量子隧道效應和亞閾區泄漏之類(lèi)的問(wèn)題變得更加嚴重。”Actel總裁兼首席執行官JohnEast說(shuō)，“而基于Flash的非易失性FPGA不需要數百萬(wàn)個(gè)耗電的SRAM去配置數據存儲單元，其靜態(tài)功耗較之于基于SRAM的解決方案要低很多，因而是低功耗應用的理想器件。”

　　業(yè)內人士表示，由于基于Flash的FPGA確實(shí)在低功耗方面具有一定的優(yōu)勢，因此，在那些需要電池設備的產(chǎn)品中具有競爭力。“我們目前在消費電子（包括智能手機、全球定位系統GPS、高端數碼相機、PDA產(chǎn)品）、工業(yè)應用（包括掃描器、便攜式打印機、RFID射頻識別閱讀器、便攜式無(wú)線(xiàn)電設備、便攜式測試和測量?jì)x器）、醫療儀器等三大應用領(lǐng)域取得了快速進(jìn)展。”Actel的分銷(xiāo)商艾懋華南區技術(shù)部經(jīng)理馬俊平在介紹低功耗IGLOO應用時(shí)說(shuō)。