不同平臺(tái)滿足FPGA多樣化應(yīng)用需求

不同于其他半導(dǎo)體產(chǎn)品，FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）產(chǎn)業(yè)近幾年增長速度一直都快于半導(dǎo)體行業(yè)的增長速度。隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的提高，F(xiàn)PGA開始顯現(xiàn)出成本低、靈活性及升級(jí)容易的優(yōu)勢，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)張，F(xiàn)PGA也呈現(xiàn)多樣化來滿足變化多端的需求。從FPGA主力廠商的舉措看出，65nm器件及提供高性能與低成本的多樣化應(yīng)用平臺(tái)成為這一時(shí)期的關(guān)鍵詞。

65nm工藝提升FPGA競爭力

在當(dāng)今的FPGA領(lǐng)域里，Altera和Xilinx（賽靈思）是當(dāng)之無愧的雙雄，他們不斷推出各種創(chuàng)新性的解決方案，充分發(fā)揮FPGA靈活性的特點(diǎn)，開拓傳統(tǒng)ASIC市場。并且他們兩家的技術(shù)一定程度上引領(lǐng)了FPGA業(yè)發(fā)展潮流。而其他幾個(gè)規(guī)模較小的FPGA廠商則在差異化產(chǎn)品方面找到立足之地。從目前的局勢來看，兩極分化的趨勢明顯。

而FPGA產(chǎn)業(yè)每次重大飛躍都離不開生產(chǎn)工藝的更新。FPGA也是半導(dǎo)體業(yè)采用最前沿生產(chǎn)工藝、更新速度最快的一個(gè)行業(yè)。從130nm到90nm再到65nm，生產(chǎn)工藝的不斷升級(jí)帶給FPGA更高的密度、更快的速度、更低的成本，F(xiàn)PGA廠商亦競相追逐，一方面來幫助客戶進(jìn)一步縮小產(chǎn)品尺寸、降低成本與功耗，另一方面提升FPGA競爭力，拓寬其市場增值空間。

FPGA業(yè)界雙雄去年?duì)幭瓤趾蟀l(fā)布基于65nm的產(chǎn)品系列，Altera發(fā)布了Stratix III系列，Xilinx宣布推出第二個(gè)系列的VIRTEX-5 LXT就是一個(gè)明證。但生產(chǎn)工藝更新帶來的挑戰(zhàn)亦顯而易見。在65nm這一節(jié)點(diǎn)，功耗成為關(guān)鍵因素。比如與130nm相比，90nmFPGA密度翻倍，邏輯門氧化層變得更薄，在65nm節(jié)點(diǎn)，功耗問題要比90nm更關(guān)鍵，如何從根本上節(jié)省功耗，同時(shí)保持新節(jié)點(diǎn)的密度和性能優(yōu)勢成為關(guān)鍵。而應(yīng)對(duì)功耗難題，他們都使出自己的“獨(dú)門利器”。

Altera通過四種途徑，即芯片工藝優(yōu)化、可編程功耗技術(shù)、可選內(nèi)核電壓和Quartus II 6.1軟件PowerPlay優(yōu)化，可大大降低功耗，同時(shí)達(dá)到高性能要求。因而在性能提升方面，Stratix III比前一代器件快25%，密度是前一代FPGA的兩倍，功耗降低了50%，支持40多個(gè)I/O接口標(biāo)準(zhǔn)，具有業(yè)界一流的性能、靈活性和信號(hào)完整性。

Xilinx的65nm　Virtex-5系列基于領(lǐng)先的ExpressFabric新技術(shù)、成熟的ASMBL架構(gòu)以及低功耗三柵極氧化層技術(shù)，與前一代90nm FPGA相比，Virtex-5 LXT平臺(tái)的整體性能平均提高30%，容量提高65%，動(dòng)態(tài)功耗降低35%。

兩大FPGA巨頭在65nm技術(shù)均意圖先聲奪人，從而向業(yè)界傳遞一種姿態(tài)，即在FPGA技術(shù)前端領(lǐng)域保持前瞻性。有業(yè)內(nèi)人士指出，目前90nmFPGA產(chǎn)品已能基本滿足客戶需求，而65nm　FPGA產(chǎn)品在設(shè)計(jì)初期，在成本及配套開發(fā)工具方面還不具成熟推廣條件，預(yù)計(jì)明年才會(huì)大規(guī)模量產(chǎn)，但可想象的是，未來幾年應(yīng)是65nm　FPGA的天下，未雨綢繆總是勝算在握。

目前我們看到的是他們?cè)?5nm的角逐，而45nm工藝的研發(fā)工作已在暗中展開，F(xiàn)PGA業(yè)將掀開新的一頁。

不同平臺(tái)滿足多樣化需求

除在傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域如通信、存儲(chǔ)和服務(wù)器等繼續(xù)攻城拔寨外，消費(fèi)電子、汽車電子等新興且增勢強(qiáng)勁的市場成為FPGA業(yè)新的“助推器”，已成就另一廣闊的應(yīng)用天地。

Dataquest預(yù)測，2007年通訊市場占FPGA銷售收入的比例將由2002年的57.4%降至48.8%。同時(shí)，低成本FPGA的主要目標(biāo)市場是消費(fèi)應(yīng)用，占總體市場的比例將由2002年的6.3%升至2007年的18%，雖然離主宰市場的水平相距甚遠(yuǎn)，但不容忽視。汽車與工業(yè)市場也顯現(xiàn)出類似的增長態(tài)勢，盡管規(guī)模較小。FPGA也主要向兩個(gè)方向發(fā)展以更好地滿足系統(tǒng)要求：高密度/高性能應(yīng)用和中等密度/成本的敏感型應(yīng)用。

Altera表示，低成本和高性能這兩類產(chǎn)品在架構(gòu)和成本結(jié)構(gòu)上都有獨(dú)特的要求，低成本產(chǎn)品將挑戰(zhàn)目前許多中低密度ASIC應(yīng)用，而高性能產(chǎn)品將被做得越來越大，超過200萬ASIC門，主頻速度高于300 MHz。它將挑戰(zhàn)高端ASIC和其他系統(tǒng)元器件市場，例如網(wǎng)絡(luò)處理器及高端DSP處理器。未來Altera將繼續(xù)開發(fā)兩種類型的產(chǎn)品，加快向應(yīng)用市場滲透。

“隨著系統(tǒng)復(fù)雜度提升與上市時(shí)間加快，高性能FPGA的發(fā)展趨勢是將成為系統(tǒng)核心芯片，系統(tǒng)廠商對(duì)FPGA的要求也越來越嚴(yán)格，體現(xiàn)在功耗、性能、易用性和成本等四大方面?！盇ltera產(chǎn)品和企業(yè)市場副總裁Danny Biran表示。他舉例道，在基站體系中，諸如基帶處理、控制邏輯等均可以應(yīng)用FPGA，其應(yīng)用比從前擴(kuò)大了兩至三倍。在高性能應(yīng)用領(lǐng)域，Altera提供三種新的Stratix III系列：第一種在邏輯、存儲(chǔ)器和DSP資源上達(dá)到均衡，適合一般應(yīng)用；第二種增強(qiáng)了存儲(chǔ)器和DSP資源，適合存儲(chǔ)器和DSP比較密集的應(yīng)用；第三種集成了收發(fā)器，適合寬帶接口應(yīng)用。而Xilinx的65nm Virtex-5系列包括面向高速邏輯、串行連接性、數(shù)字信號(hào)處理（DSP）和嵌入式處理應(yīng)用四種領(lǐng)域優(yōu)化的平臺(tái)，分別是Virtex-5 LX、Virtex-5 LXT、Virtex-5 SXT和Virtex-5 FXT。

一方面是高性能FPGA成為系統(tǒng)“主力”，另一方面諸多應(yīng)用對(duì)低成本FPGA的需求強(qiáng)烈。賽靈思公司全球市場營銷副總裁Sandeep Vij表示，在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，不僅需要語音和數(shù)據(jù)，還包括視頻的處理，包括便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車電子設(shè)備及家庭網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)頂盒、平板顯示器等，以及在工廠及其他應(yīng)用領(lǐng)域中的自動(dòng)化、辦公網(wǎng)絡(luò)、視頻合成等應(yīng)用。這些應(yīng)用的第一大挑戰(zhàn)是系統(tǒng)成本，除成本之外，其他挑戰(zhàn)還在于變化多端的需求（如不同的接口標(biāo)準(zhǔn)）、功耗、設(shè)計(jì)裕量和防克隆安全需求。針對(duì)多樣化的需求進(jìn)行功能的“剪裁”是必要的，如一些應(yīng)用對(duì)邏輯需求高，而對(duì)I/O數(shù)量需求量少，另一些應(yīng)用對(duì)I/O數(shù)量需求多，對(duì)邏輯需求少。賽靈思表示可根據(jù)這些需求來減少I/O和門，從而降低系統(tǒng)成本。Xilinx推出的Spartan產(chǎn)品線有三類產(chǎn)品Spartan—3A、Spartan—3和Spartan—3E，3E是邏輯優(yōu)化平臺(tái)，3A是I/O優(yōu)化平臺(tái)，3平臺(tái)則針對(duì)最高密度和引腳數(shù)的應(yīng)用，從而為客戶提供了豐富的解決方案，更加貼切地滿足客戶的需求。

而未來有越來越多的新應(yīng)用比較強(qiáng)調(diào)FPGA嵌入式控制能力。賽靈思公司通用產(chǎn)品部營銷與應(yīng)用高級(jí)總監(jiān)Christophe Chene表示，我們會(huì)考慮在將來FPGA產(chǎn)品當(dāng)中體現(xiàn)更多優(yōu)化嵌入式處理能力。

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