不同平台满足FPGA多样化应用需求

不同平台满足FPGA多样化应用需求不同于其他半导体产品，FPGA（现场可编程门阵列）产业近几年增长速度一直都快于半导体行业的增长速度。随着半导体工艺技术的提高，FPGA开始显现出成本低、灵活性及升级容易的优势，应用领域不断扩张，FPGA也呈现多样化来满足变化多端的需求。从FPGA主力厂商的举措看出，65nm器件及提供高性能与低成本的多样化应用平台成为这一时期的关键词。65nm工艺提升FPGA竞争力在当今的FPGA领域里，Altera和Xilinx（赛灵思）是当之无愧的双雄，他们不断推出各种创新性的解决方案，充分发挥FPGA灵活性的特点，开拓传统ASIC市场。并且他们两家的技术一定程度上引领了FPGA业发展潮流。而其他几个规模较小的FPGA厂商则在差异化产品方面找到立足之地。从目前的局势来看，两极分化的趋势明显。而FPGA产业每次重大飞跃都离不开生产工艺的更新。FPGA也是半导体业采用最前沿生产工艺、更新速度最快的一个行业。从130nm到90nm再到65nm，生产工艺的不断升级带给FPGA更高的密度、更快的速度、更低的成本，FPGA厂商亦竞相追逐，一方面来帮助客户进一步缩小产品尺寸、降低成本与功耗，另一方面提升FPGA竞争力，拓宽其市场增值空间。FPGA业界双雄去年争先恐后发布基于65nm的产品系列，Altera发布了StratixIII系列，Xilinx宣布推出第二个系列的VIRTEX-5LXT就是一个明证。但生产工艺更新带来的挑战亦显而易见。在65nm这一节点，功耗成为关键因素。比如与130nm相比，90nmFPGA密度翻倍，逻辑门氧化层变得更薄，在65nm节点，功耗问题要比90nm更关键，如何从根本上节省功耗，同时保持新节点的密度和性能优势成为关键。而应对功耗难题，他们都使出自己的“独门利器”。Altera通过四种途径，即芯片工艺优化、可编程功耗技术、可选内核电压和QuartusII6.1软件PowerPlay优化，可大大降低功耗，同时达到高性能要求。因而在性能提升方面，StratixIII比前一代器件快25%，密度是前一代FPGA的两倍，功耗降低了50%，支持40多个I/O接口标准，具有业界一流的性能、灵活性和信号完整性。Xilinx的65nmVirtex-5系列基于领先的ExpressFabric新技术、成熟的ASMBL架构以及低功耗三栅极氧化层技术，与前一代90nmFPGA相比，Virtex-5LXT平台的整体性能平均提高30%，容量提高65%，动态功耗降低35%。两大FPGA巨头在65nm技术均意图先声夺人，从而向业界传递一种姿态，即在FPGA技术前端领域保持前瞻性。有业内人士指出，目前90nmFPGA产品已能基本满足客户需求，而65nmFPGA产品在设计初期，在成本及配套开发工具方面还不具成熟推广条件，预计明年才会大规模量产，但可想象的是，未来几年应是65nmFPGA的天下，未雨绸缪总是胜算在握。目前我们看到的是他们在65nm的角逐，而45nm工艺的研发工作已在暗中展开，FPGA业将掀开新的一页。不同平台满足多样化需求除在传统的应用领域如通信、存储和服务器等继续攻城拔寨外，消费电子、汽车电子等新兴且增势强劲的市场成为FPGA业新的“助推器”，已成就另一广阔的应用天地。Dataquest预测，2007年通讯市场占FPGA销售收入的比例将由2002年的57.4%降至48.8%。同时，低成本FPGA的主要目标市场是消费应用，占总体市场的比例将由2002年的6.3%升至2007年的18%，虽然离主宰市场的水平相距甚远，但不容忽视。汽车与工业市场也显现出类似的增长态势，尽管规模较小。FPGA也主要向两个方向发展以更好地满足系统要求：高密度/高性能应用和中等密度/成本的敏感型应用。Altera表示，低成本和高性能这两类产品在架构和成本结构上都有独特的要求，低成本产品将挑战目前许多中低密度ASIC应用，而高性能产品将被做得越来越大，超过200万ASIC门，主频速度高于300MHz。它将挑战高端ASIC和其他系统元器件市场，例如网络处理器及高端DSP处理器。未来Altera将继续开发两种类型的产品，加快向应用市场渗透。“随着系统复杂度提升与上市时间加快，高性能FPGA的发展趋势是将成为系统核心芯片，系统厂商对FPGA的要求也越来越严格，体现在功耗、性能、易用性和成本等四大方面。”Altera产品和企业市场副总裁DannyBiran表示。他举例道，在基站体系中，诸如基带处理、控制逻辑等均可以应用FPGA，其应用比从前扩大了两至三倍。在高性能应用领域，Altera提供三种新的StratixIII系列：第一种在逻辑、存储器和DSP资源上达到均衡，适合一般应用；第二种增强了存储器和DSP资源，适合存储器和DSP比较密集的应用；第三种集成了收发器，适合宽带接口应用。而Xilinx的65nmVirtex-5系列包括面向高速逻辑、串行连接性、数字信号处理（DSP）和嵌入式处理应用四种领域优化的平台，分别是Virtex-5LX、Virtex-5LXT、Virtex-5SXT和Virtex-5FXT。一方面是高性能FPGA成为系统“主力”，另一方面诸多应用对低成本FPGA的需求强烈。赛灵思公司全球市场营销副总裁SandeepVij表示，在各个应用领域，不仅需要语音和数据，还包括视频的处理，包括便携式消费电子产品、汽车电子设备及家庭网络中的机顶盒、平板显示器等，以及在工厂及其他应用领域中的自动化、办公网络、视频合成等应用。这些应用的第一大挑战是系统成本，除成本之外，其他挑战还在于变化多端的需求（如不同的接口标准）、功耗、设计裕量和防克隆安全需求。针对多样化的需求进行功能的“剪裁”是必要的，如一些应用对逻辑需求高，而对I/O数量需求量少，另一些应用对I/O数量需求多，对逻辑需求少。赛灵思表示可根据这些需求来减少I/O和门，从而降低系统成本。Xilinx推出的Spartan产品线有三类产品Spartan—3A、Spartan—3和Spartan—3E，3E是逻辑优化平台，3A是I/O优化平台，3平台则针对最高密