基于FPGA的65nm芯片的設(shè)計(jì)方案

　　但是，很多產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)仍然習(xí)慣于使用原來(lái)的開發(fā)方法，忽視了這一簡(jiǎn)單卻生動(dòng)的結(jié)果。特別是，他們不顧風(fēng)險(xiǎn)、收益和成本因素，還在建立ASIC，而ASIC開發(fā)在這些方面都有不利影響，最明顯的是收益和成本。對(duì)于收益問(wèn)題，業(yè)界在上世紀(jì)90年代后期和2000年早期過(guò)于樂(lè)觀ASIC器件的量產(chǎn)能力，僅采用產(chǎn)量這一因素來(lái)衡量應(yīng)用開發(fā)，結(jié)果在財(cái)務(wù)上失敗了。在某些情況下，還是有人不考慮我們已經(jīng)提到的成本問(wèn)題，仍然保持一副樂(lè)觀的態(tài)度。

　　FPGA在總成本上勝出ASIC

　　65nm和后續(xù)工藝節(jié)點(diǎn)上需要考慮的是合理的資金分配，而ASIC設(shè)計(jì)方法成本高，預(yù)期收益回報(bào)較低。設(shè)計(jì)人員應(yīng)認(rèn)真考慮使用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)。這些器件解決了當(dāng)今設(shè)計(jì)人員面臨的功耗問(wèn)題，有較好的ROI。

　　對(duì)于迫切的功耗問(wèn)題，Altera高端65nm Stratix III系列FPGA通過(guò)各種方法來(lái)幫助開發(fā)人員降低功耗。為了使開發(fā)人員能夠在功耗需求和電路性能上達(dá)到平衡，Stratix III系列為開發(fā)人員提供了全面可編程開發(fā)環(huán)境，結(jié)合其多閾值晶體管和邏輯門長(zhǎng)度可變晶體管技術(shù)，以及超薄和三門氧化層等技術(shù)，不但保持甚至提高了性能，而且把泄漏功耗降到了最低。

　　Stratix III系列的體系結(jié)構(gòu)含有高性能自適應(yīng)邏輯模塊(ALM)以及多路互聯(lián)，降低了功耗需求。它還采用了兩種創(chuàng)新的低功耗技術(shù)?？删幊坦募夹g(shù)使Stratix III中的每一可編程邏輯陣列模塊(LAB)、DSP模塊以及存儲(chǔ)器模塊能夠獨(dú)立工作在高速或者低功耗模式下，利用Quartus II軟件的PowerPlay功

　　能，根據(jù)性能需要，自動(dòng)控制每個(gè)模塊的工作模式。另一功耗優(yōu)化技術(shù)是可選內(nèi)核電壓，設(shè)計(jì)人員利用該技術(shù)可以為高性能應(yīng)用選擇1.1V內(nèi)核電壓，針對(duì)低功耗應(yīng)用選擇0.9V內(nèi)核電壓。所有這些特性使FPGA能夠在設(shè)計(jì)上平衡速率和功耗，開發(fā)人員不必在某一方面作出犧牲。

　　對(duì)于迫切的資金問(wèn)題，在綜合考慮產(chǎn)品研發(fā)成本以及貨物售出成本(COGS)后，F(xiàn)PGA是開發(fā)人員在ASIC替代方案上的最佳選擇。在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)激勵(lì)的市場(chǎng)上，COGS是決定產(chǎn)品收益和毛利潤(rùn)的主要因素，許多設(shè)計(jì)人員在考慮FPGA時(shí)非常重視它。

　　FPGA設(shè)計(jì)的研發(fā)成本要比ASIC低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，開發(fā)人員設(shè)計(jì)FPGA時(shí)，不用面對(duì)數(shù)百萬(wàn)美元的模板成本，不需要在晶體管級(jí)單元布局布線上的高級(jí)專業(yè)技能，也不需要昂貴的自動(dòng)設(shè)計(jì)工具和工藝庫(kù)。Altera Quartus II軟件等全面的開發(fā)工具處理設(shè)計(jì)中的物理細(xì)節(jié)問(wèn)題，使用戶能夠?qū)⒕性谙到y(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)上。

　　FPGA的可編程能力還避免了今后大量的研發(fā)開支。在產(chǎn)品生命周期中，如果需要在已有設(shè)計(jì)中加入新功能，對(duì)FPGA重新進(jìn)行編程便可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)功能改進(jìn)。而對(duì)ASIC設(shè)計(jì)進(jìn)行微小的改動(dòng)也需要在新模板上投入大量人力物力。

　　認(rèn)識(shí)到可編程優(yōu)點(diǎn)的開發(fā)人員可能會(huì)考慮基于處理器的ASIC設(shè)計(jì)方法。在這一方面，F(xiàn)PGA同樣具有優(yōu)勢(shì)。可編程邏輯在實(shí)現(xiàn)功能上效率要比軟件高得多，和基于處理器的設(shè)計(jì)相比，不但降低了功耗，而且提高了任務(wù)執(zhí)行速度。在基于處理器的設(shè)計(jì)中，F(xiàn)GPA的確經(jīng)常被用作硬件加速器。

　　各種客戶群大量采用FPGA，使FPGA的產(chǎn)效在消費(fèi)類設(shè)計(jì)上和大批量ASIC水平相當(dāng)。量產(chǎn)也使得FPGA供應(yīng)商有足夠的收益來(lái)切實(shí)投入研發(fā)。結(jié)果，F(xiàn)PGA在體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和工藝上是目前最先進(jìn)的技術(shù)，足以和最好的ASIC進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。而且，研發(fā)上的投入也保證了FPGA成為功能更強(qiáng)大、質(zhì)量更好的可靠器件。

　　對(duì)量產(chǎn)的預(yù)測(cè)已經(jīng)得到證實(shí)。在過(guò)去幾年中，F(xiàn)PGA的收益超出了半導(dǎo)體市場(chǎng)的總體水平，而且有加速發(fā)展的趨勢(shì)，原因在于芯片技術(shù)的復(fù)雜度越來(lái)越高，業(yè)界大量應(yīng)用降低了對(duì)產(chǎn)品量產(chǎn)的預(yù)期。所有因素都對(duì)FPGA更加有利，而非ASIC。

　　隨著半導(dǎo)體技術(shù)在65nm上的突破，人們?cè)絹?lái)越關(guān)心功耗和開發(fā)成本問(wèn)題。使用這些技術(shù)的芯片物理設(shè)計(jì)遇到了更多的挑戰(zhàn)，ASIC設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)更加困難。設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)向基于FPGA的設(shè)計(jì)后，能夠從芯片物理設(shè)計(jì)難題中抽身而出，讓FPGA公司去解決這些問(wèn)題，把精力集中在應(yīng)用和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心能力以及價(jià)值定位上。