FPGA厂商追求更低功耗和更低成本

2008-02-08 15:53:36来源: 电子工程专辑

      近年内,Actel不断推出瞄准便携式应用的高灵活性、低功耗FPGA产品。这方面的产品包括,静态功耗为5mW的超低功耗FPGA——IGLOO系列产品、采用Flash技术的低功耗FPGA、适用便携式应用处理器的FPGA以及低功耗系统管理IP和优化功率的设计创建与分析工具等。近日,Actel 亚太区总经理赖炫川在接受《电子工程专辑》记者专访时表示,Actel的使命就是通过创新可编程逻辑解决方案,从芯片级到系统级解决功耗问题。并期望一提到功耗问题时,设计人员就会立即想到Actel。

业界趋势继续推动对低功耗的需求,基于Flash的FPGA将走红

      由于便携式产品的生命周期短及市场竞争激烈,FPGA设计人员必须不断增加新的功能和复杂性,但却不能耗用更多的电池能量。因此他们不仅要求开发工具全面,而且要求易于使用,也要求专为降低功耗而优化。而另一个非常值得关注的趋势是动态功耗的重要性日益增加。赖炫川解释说,一直以来业界关注更多的是产品的静态功耗问题,但在时钟经常切换且为FPGA提供输入的应用中,如便携式视频和医疗设备的高速数据管线,动态功耗就显得至关重要,而且目前在功率预算中所占的比例越来越大。举例来说,相对于1.5V,FPGA工作电压在1.2V时可降低约36%的动态功耗,同时采用功耗驱动布局还可降低约13%。

      他认为,现在FPGA厂商面临的挑战将是如何把FPGA做的更像ASIC。这就意味着需要不断降低系统和单个器件的成本以及功耗,并提高设计的安全性和可靠性,单芯片解决方案以及满足设备的功耗要求等。传统的基于SRAM的FPGA解决方案无法满足这些要求,而非易失性的基于Flash的FPGA产品则先天性的具有这方面的优势。因此,非易失性、单芯片FPGA技术是对有限板基空间、功耗、上市时间、安全性和低成本有特定要求的系统设计工程师的上佳选择。


重新定义低功耗的新标准

      为了进一步扩展Actel低功耗可编程解决方案组合,Actel面向高性能及对功耗敏感的系统设计人员推出了全新的ProASIC3L系列FPGA。它以ProASIC3架构为基础,门电路数从25万到300万个,且备有商用和工业用两种温度等级,带有嵌入式SRAM存储器、大量I/O、锁相环 (PLL) 以及非易失性存储器。与5μW IGLOO FPGA系列一样,ProASIC3L器件也支持1.2V核心电压和Flash*Freeze技术,使设计人员无需关断时钟或电源,即可迅速将器件从动态工作模式切换到静态模式。在利用同级100万门 FPGA的典型高速设计中,ProASIC3L器件的动态功耗为100mA,静态功耗为1mW。同时,ProASIC3L系列还支持FPGA优化32位ARM Cortex-M1处理器的免费实现。

      除了努力降低功耗,Actel在芯片封装、开发接口IP方面也是做足了工夫。例如其5μW IGLOO FGPA 系列的封装尺寸就只有4mm×4mm,但却带来了4倍更高的密度、3倍更多的I/O,以及减小尺寸达36%的效果;在便携式存储中,FPGA可作为从处理器总线到存储接口的桥接ATA6和CE-ATA,SD1.1/2.0和MMC,CompactFlash3.0 CardBus2.1/PCMCIA。这些产品的应用目标市场主要是针对智能电话、GPS、PDA,手持式和流动存储以及袋装计算器和销售终端等。

      关于Actel的产品为什么一直还在采用0.13mm工艺技术,赖炫川解释说,在制程工艺技术和功耗的坐标轴中,动态功耗和静态功耗相交的最低点,对应的工艺制程技术是0.13mm,也就是说,采用0.13mm工艺技术,漏电流是最低的,这就是我们为什么一直以来还在采用0.13mm工艺技术的原因。

未来市场策略

      过去人们很少在消费电子领域考虑使用FPGA,但由于ASIC的发展越来越受到限制,随着芯片尺寸和功耗的降低,FPGA将变得越来越有吸引力。赖炫川认为,在中国大部分使用FPGA的客户都是制造消费类电子产品的,而下一个应用热点将会是在汽车电子,因为可编程逻辑在那里也是一个非常适合的候选技术。比如包括进入混合动力、电动汽车或燃料电池汽车的控制系统;以及包括防撞系统、盲点检测和告警系统,以及倒车摄像头在内的汽车安全应用系统等等。

      谈到市场竞争,他表示,随着市场越来越细分,Actel要做的是预测和洞察未来的市场在哪里,必须专注于自身的差异化发展,选择那些大厂商尚未完全锁定的、更具爆炸性增长的领域,而不是和更强大的领导者盲目竞争。例如,低成本的FPGA目前只占市场的10%,但是未来三年将超过30%,这就是机会。

消费电子引领FPGA未来,众厂商各显神通

      其实看准这一机遇的不单是Actel。赛灵思公司CTO Ivo Bolsens博士在接受本刊记者采访时就曾表示,FPGA未来将向专用化和复杂SoC发展,传统的软件可编程和硬件可编程正走向融合。就未来几年而言,FPGA的增长主要来自于三重播放的机会和消费电子应用。更长远地看,兼具高度并行处理和低功耗特点的FPGA,未来将获得来自消费电子领域的大量机会。

      针对市场的这一特点,赛灵思也推出了自己的非易失性产品Spartan-3AN,它强调成本和灵活性,可用于平板电视、机顶盒、IPTV、网关、医疗等市场。另外,已量产的XtremeDSP信号处理解决方案产品系列新增功耗优化的Spartan-3A DSP器件,为低成本且低功耗FPGA领域的应用如军事通信战术无线电系统、无线接入点和便携式医疗设备等,提供了高性能的数字信号处理能力。

      另一FPGA巨头Altera公司也不甘示弱,最新推出了其零功耗MAX IIZ CPLD产品,该器件是专门针对解决便携式应用市场的功耗、封装和价格限制而设计开发的。借助Stratix III和Cyclone III FPGA、HardCopy结构化ASIC以及MAX IIZ CPLD,Altera为业界提供了全套的低功耗解决方案。

      FPGA厂商Lattice公司也宣布,将在IIC-2008上推出采用了90nm制程的第三代非易失性(NV)FPGA系列LatticeXP2,强调通过最新的True NV FPGA技术,可提供弹性化逻辑、最小占位空间、高度安全性,以及低于1ms的瞬时激活等优势,可广泛地应用于无线基地台与医疗应用中。

关键字:FPGA  低功耗

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2008/0208/article_269.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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