FPGA應(yīng)用愈加廣泛 行業(yè)演進(jìn)呈現(xiàn)三大趨勢(shì)

　　FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件）產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從原來的通信擴(kuò)展到消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)控制、測(cè)試測(cè)量等廣泛的領(lǐng)域。而應(yīng)用的變化也使FPGA產(chǎn)品近幾年的演進(jìn)趨勢(shì)越來越明顯：一方面，FPGA供應(yīng)商致力于采用當(dāng)前最先進(jìn)的工藝來提升產(chǎn)品的性能，降低產(chǎn)品的成本；另一方面，越來越多的通用IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)）或客戶定制IP被引入FPGA中，以滿足客戶產(chǎn)品快速上市的要求。此外，F(xiàn)PGA企業(yè)都在大力降低產(chǎn)品的功耗，滿足業(yè)界越來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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體工藝幾乎都會(huì)在第一時(shí)間被應(yīng)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，“而每一次工藝升級(jí)帶來的優(yōu)勢(shì)，都會(huì)在產(chǎn)品的功耗、最高運(yùn)行頻率、容量以及成本上得到體現(xiàn)。”

　　2001年之后，F(xiàn)PGA產(chǎn)品加快了從一個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)向更先進(jìn)工藝節(jié)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(yīng)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(tái)；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，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(shù)字信號(hào)處理(DSP)乘法器，存儲(chǔ)器達(dá)到4Mb，它使設(shè)計(jì)人員能夠更多地在成本敏感的應(yīng)用中使用FPGA。

　　針對(duì)這兩家FPGA企業(yè)65nm產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，業(yè)內(nèi)一家系統(tǒng)公司研發(fā)部門經(jīng)理評(píng)價(jià)說：“客觀地說，在65nm產(chǎn)品上，賽靈思和Altera各有優(yōu)勢(shì)。賽靈思在高端產(chǎn)品市場(chǎng)上做得不錯(cuò)，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(xù)。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(zhí)行官兼董事長(zhǎng)JohnDaane表示，Altera將遵循既定計(jì)劃，于2008年第四季度提供Stratix(R)Ⅳ器件系列第一個(gè)型號(hào)的工程樣片，HardCopy(R)IVASIC（專用集成電路）也將于2009年第三季度開始接受客戶投片。

　　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。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（客戶定制產(chǎn)品）的競(jìng)爭(zhēng)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(yīng)商轉(zhuǎn)變

　　近5年來，F(xiàn)PGA的應(yīng)用已經(jīng)從過去通信基礎(chǔ)設(shè)備這一非常窄的領(lǐng)域迅速擴(kuò)展到了今天非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。“我們看到，在許多新興和快速成長(zhǎng)的市場(chǎng)上，F(xiàn)PGA作為核心器件而被廣泛采用。無線通信、工業(yè)、科學(xué)及測(cè)量、醫(yī)療設(shè)備、音視頻廣播、汽車、計(jì)算、存儲(chǔ)應(yīng)用和快速發(fā)展的消費(fèi)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(guó)區(qū)市場(chǎng)總監(jiān)鐘僑海說。在這種情況下，F(xiàn)PGA企業(yè)也開始了相應(yīng)的轉(zhuǎn)型，以適應(yīng)新的發(fā)展需求。

　　“對(duì)于我們來說，最大的挑戰(zhàn)是FPGA以后將成為用戶設(shè)計(jì)的一個(gè)核心和中心，我們需要深刻理解各種各樣的用戶需求。”賽靈思首席技術(shù)官IvoBolsens說，“因此，我們的目標(biāo)是要成為一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的公司，是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的解決方案供應(yīng)商，而不僅僅是一家芯片供應(yīng)商。”為了實(shí)現(xiàn)做系統(tǒng)廠商的目標(biāo)，在幾年前，F(xiàn)PGA廠商在產(chǎn)品中引入了通用IP，例如多處理器、嵌入式總線及多種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(yīng)用領(lǐng)域的解決方案。

　　采用各種技術(shù)路線爭(zhēng)做低功耗之王

　　電池供電應(yīng)用的迅猛增長(zhǎng)刺激了全球市場(chǎng)對(duì)低功耗半導(dǎo)體的需求。今天，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員面對(duì)更加嚴(yán)格的系統(tǒng)總體功耗限制。與此同時(shí)，這類應(yīng)用所要求的功能、性能和復(fù)雜度也在增加，但卻不能以增加電池為代價(jià)。為此，原來在功耗指標(biāo)上并不占優(yōu)的FPGA產(chǎn)品開始采用各種新技術(shù)來降低和優(yōu)化功耗。

　　雖然基于SRAM（靜態(tài)存儲(chǔ)器）的FPGA占據(jù)了市場(chǎng)的主流，但從去年開始，基于Flash的FPGA企業(yè)Actel開始在市場(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(zhǎng)。Actel總裁兼首席執(zhí)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(fèi)功耗去配置數(shù)據(jù)，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(fù)系統(tǒng)狀態(tài)，且不需要重新加載配置數(shù)據(jù)。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(tǒng)初始化期間出現(xiàn)加載配置數(shù)據(jù)的功耗尖峰，這會(huì)導(dǎo)致額外的電能消耗。“而且今天繼續(xù)降低器件電源電壓的日子已不復(fù)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(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)縮小，意味著靜態(tài)功耗增加。這是因?yàn)楣に嚬?jié)點(diǎn)縮小后，量子隧道效應(yīng)和亞閾區(qū)泄漏之類的問題變得更加嚴(yán)重。”Actel總裁兼首席執(zhí)行官JohnEast說，“而基于Flash的非易失性FPGA不需要數(shù)百萬個(gè)耗電的SRAM去配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(yīng)用的理想器件。”

　　業(yè)內(nèi)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(shì)，因此，在那些需要電池設(shè)備的產(chǎn)品中具有競(jìng)爭(zhēng)力。“我們目前在消費(fèi)電子（包括智能手機(jī)、全球定位系統(tǒng)GPS、高端數(shù)碼相機(jī)、PDA產(chǎn)品）、工業(yè)應(yīng)用（包括掃描器、便攜式打印機(jī)、RFID射頻識(shí)別閱讀器、便攜式無線電設(shè)備、便攜式測(cè)試和測(cè)量?jī)x器）、醫(yī)療儀器等三大應(yīng)用領(lǐng)域取得了快速進(jìn)展。”Actel的分銷商艾懋華南區(qū)技術(shù)部經(jīng)理馬俊平在介紹低功耗IGLOO應(yīng)用時(shí)說。