FPGA应用愈加广泛 行业演进呈现三大趋势

FPGA（现场可编程逻辑器件）产品的应用领域已经从原来的通信扩展到消费电子、汽车电子、工业控制、测试测量等广泛的领域。而应用的变化也使FPGA产品近几年的演进趋势越来越明显：一方面，FPGA供应商致力于采用当前最先进的工艺来提升产品的性能，降低产品的成本；另一方面，越来越多的通用IP（知识产权）或客户定制IP被引入FPGA中，以满足客户产品快速上市的要求。此外，FPGA企业都在大力降低产品的功耗，满足业界越来越苛刻的低功耗需求。

第一时间采用新工艺提升性能降低成本

   半导体产品的集成度和成本一直在按照摩尔定律演进。在这方面，作为半导体产品的重要一支——— 可编程逻辑器件也不例外。“最先进的半导体工艺几乎都会在第一时间被应用在FPGA产品上。”骏龙科技有限公司Altera产品事业部经理胡晟说，“而每一次工艺升级带来的优势，都会在产品的功耗、最高运行频率、容量以及成本上得到体现。”

   2001年之后，FPGA产品加快了从一个工艺节点向更先进工艺节点迈进的步伐，从150nm、130nm跃进到90nm。之后在2006年，65nm工艺又在第一时间被引入。时至今日，两大主流FPGA企业的65nm已经获得了大量应用。其中，赛灵思公司的65nm产品集中在其高端系列Virtex(R)-5上，并已发展到了4个系列15个平台；而Altera公司的65nm产品涵盖中低端Cyclone(R)系列和高端产Stratix(R)系列。

   采用65nm工艺技术，使FPGA产品的性能再次获得了飞跃，成本和功耗也大幅降低。例如，赛灵思公司就介绍说，他们65nm工艺的FPGA与90nm产品相比，速度平均提高了30%，容量增加了65%，与此同时，动态功耗降低了35%，静态功耗保持相同的低水平，而芯片使用面积减少了45%。Altera采用65nm工艺的Cyclone(R)III系列比前一代产品每逻辑单元成本降低20%，含有288个数字信号处理(DSP)乘法器，存储器达到4Mb，它使设计人员能够更多地在成本敏感的应用中使用FPGA。

   针对这两家FPGA企业65nm产品的竞争力，业内一家系统公司研发部门经理评价说：“客观地说，在65nm产品上，赛灵思和Altera各有优势。赛灵思在高端产品市场上做得不错，而Altera则在中低端产品市场上做得更好。”

   工艺技术推动的创新还在不断延续。今年5月，Altera向业界发布了全球首款采用40nm工艺的FPGA和ASIC，即Stratix(R)Ⅳ FPGA系列和HardCopy(R)ⅣFPGA系列。Altera公司总裁、首席执行官兼董事长JohnDaane表示，Altera将遵循既定计划，于2008年第四季度提供Stratix(R)Ⅳ器件系列第一个型号的工程样片，HardCopy(R)IVASIC（专用集成电路）也将于2009年第三季度开始接受客户投片。

   FPGA产品已经进入45nm时代，32nm产品的研发也在紧锣密鼓地进行着。而每一代新工艺技术都像是FPGA业的重磅武器，让FPGA在与ASIC和ASSP（客户定制产品）的竞争中获得更大的空间。

引入更多通用和定制IP向解决方案供应商转变

   近5年来，FPGA的应用已经从过去通信基础设备这一非常窄的领域迅速扩展到了今天非常广泛的应用领域。“我们看到，在许多新兴和快速成长的市场上，FPGA作为核心器件而被广泛采用。无线通信、工业、科学及测量、医疗设备、音视频广播、汽车、计算、存储应用和快速发展的消费品市场，都成为FPGA业务发展的重点领域。”安富利科汇中国区市场总监钟侨海说。在这种情况下，FPGA企业也开始了相应的转型，以适应新的发展需求。

   “对于我们来说，最大的挑战是FPGA以后将成为用户设计的一个核心和中心，我们需要深刻理解各种各样的用户需求。”赛灵思首席技术官IvoBolsens说，“因此，我们的目标是要成为一个系统级的公司，是业内领先的解决方案供应商，而不仅仅是一家芯片供应商。”为了实现做系统厂商的目标，在几年前，FPGA厂商在产品中引入了通用IP，例如多处理器、嵌入式总线及多种I/O（输入/输出）接口。之后，他们更联合第三方合作伙伴推出适用于不同应用领域的解决方案。

采用各种技术路线争做低功耗之王

   电池供电应用的迅猛增长刺激了全球市场对低功耗半导体的需求。今天，系统设计人员面对更加严格的系统总体功耗限制。与此同时，这类应用所要求的功能、性能和复杂度也在增加，但却不能以增加电池为代价。为此，原来在功耗指标上并不占优的FPGA产品开始采用各种新技术来降低和优化功耗。

   虽然基于SRAM（静态存储器）的FPGA占据了市场的主流，但从去年开始，基于Flash的FPGA企业Actel开始在市场上大力推广他们的低功耗产品IG-LOO，并取得了不小的增长。Actel总裁兼首席执行官JohnEast明确表示，由于基于Flash（闪存）的FPGA器件在启动时不需要耗费功耗去配置数据，也不需要外接配置器件，具有上电即行功能的FPGA能快速上电，并可从睡眠模式下快速恢复系统状态，且不需要重新加载配置数据。而基于SRAM的FPGA产品上电启动时会产生浪涌电流，并在系统初始化期间出现加载配置数据的功耗尖峰，这会导致额外的电能消耗。“而且今天继续降低器件电源电压的日子已不复存在。不仅如此，由于基于SRAM技术的FPGA晶体管密度极高，每一次半导体工艺节点缩小，意味着静态功耗增加。这是因为工艺节点缩小后，量子隧道效应和亚阈区泄漏之类的问题变得更加严重。”Actel总裁兼首席执行官JohnEast说，“而基于Flash的非易失性FPGA不需要数百万个耗电的SRAM去配置数据存储单元，其静态功耗较之于基于SRAM的解决方案要低很多，因而是低功耗应用的理想器件。”

   业内人士表示，由于基于Flash的FPGA确实在低功耗方面具有一定的优势，因此，在那些需要电池设备的产品中具有竞争力。“我们目前在消费电子（包括智能手机、全球定位系统GPS、高端数码相机、PDA产品）、工业应用（包括扫描器、便携式打印机、RFID射频识别阅读器、便携式无线电设备、便携式测试和测量仪器）、医疗仪器等三大应用领域取得了快速进展。”Actel的分销商艾懋华南区技术部经理马俊平在介绍低功耗IGLOO应用时说。