FPGA:下一个技术突破点?

2010-01-05 21:36:43来源: EDN China

  二十一世纪最具决定性的集成电路技术就是现场可编程门阵列(FPGA),而传统门阵列和结构阵列技术将退居到特殊的大批量应用。无论是用来完成关键功能还是直接作为系统核心,今天的FPGA所提供的性能、成本、功耗和容量都已经达到甚至超过此前专用IC或专用标准器件(ASSP)的水平。可编程硬件的可配置特点不仅具备产品差异化和快速上市等传统优点,同时当批量达不到足以支持开发专用IC成本的时候还可以加快投资回报速度。现在,FPGA已经从最初主要应用于原型设计逐渐延伸到最终产品的整个生命周期。业界共识:可编程技术势在必行。

  FPGA的下一个技术突破点是什么?笔者认为,突破点也就是创新点,有些技术突破点是共性的,例如上面提到的FPGA的性能、成本、功耗和容量以及可编程能力等等。有些则是FPGA厂商利用自己独特的技术优势突破技术瓶颈而有所创新的解决方案。例如,Altera市场高级副总裁Danny Biran认为,FPGA 与标准产品之间以前的性能差距已不再是主要的影响因素。当今大多数系统的瓶颈是处理视频、音频及数据的系统引起的 I/Q 带宽问题。I/Q 带宽的关键在于收发器性能,这正是 FPGA 优于其他解决方案之处。Altera 在其 Stratix IV GT 产品中提供了可达 11.3 Gbps的最高性能收发器,并将 40nm 收发器高性能与FPGA密度完美结合,从而使FPGA真正地夺取了许多ASIC与ASSP市场份额。

  Altera的下一个节点将是28nm,在 2010 年我们将看到该公司的软件和硅芯片产品。在推出新工艺节点产品方面 Altera 的优势在于,该公司早就采用了测试芯片,以便对包括 PLL、I/Q 结构、ESD 结构、内核逻辑结构及内存在内的所有器件模块进行测试,这让DFM 设计规则变得顺利,以确保推出的产品具有一流的良率。这也正是 Altera 能够开发芯片,并能以更快的速度将成品推向市场的原因之一。

  Xilinx(赛灵思)公司去年推出了“目标设计平台”帮助客户更好地利用可编程技术。Xilinx全球总裁兼CEO Moshe Gavrielov表示,FPGA平台渐成系统核心的发展趋势受到几大因素的影响:对系统复杂性和高性能的要求,不断缩短的产品生命周期和上市时间,变化莫测的标准/协议,以及产品平台最小化带来的成本优化,对产品差异化设计的需求,晶圆代工策略以及FPGA开发中的IP的创新。

  为了满足可编程势在必行的发展趋势的需求,需要从两方面做工作: 首先是通过可编程硬件创新在FPGA关键性能指标的每个方面(价格、功率、性能、密度、功能以及可编程能力)提供业界领先的价值; 其次是为电子系统设计人员提供所需要的工具、设计方法和IP,从而使FPGA真正帮助他们实现产品快速上市和提供灵活性的承诺。Moshe Gavrielov强调,以创新和以客户为中心,是Xilinx公司作为FPGA 行业领导企业得以制胜的法宝。

  Actel(爱特)公司总裁兼首席执行官John East指出,目前,市场发展的一个显著趋势是功耗特性变得日益重要,而人们也认识到功耗是所有电子产品设计的最重要考虑因素之一。它也是确定最终产品的体积、重量和效率的其中一个条件。Actel公司的技术与其它FPGA企业截然不同,Actel FPGA的构件是一个快闪逻辑单元,而所有其它主要FPGA企业的产品则是以SRAM逻辑单元为基础。Actel FPGA使用快闪作为构件,因而更适用于功耗极低的产品。在未来数年,Actel公司将推出多种可让工程师按照可靠性、供货期限和低功耗需求而做出合适的器件选择的解决方案。

  除了这些业界领先的器件之外, Actel的全资子公司Pigeon Point Systems可为基于AdvancedTCA、AdvancedMC和MicroTCA架构的模块平台提供世界级的管理组件。进入2010年,Actel公司将推出下一代技术,采用先进工艺提供全新的功能,满足客户对体积、重量和功耗的需求。随着电子设备的功效提高,并在紧凑的产品外壳中集成更多的电子部件而且不使用强制冷却方式,这一举措对市场非常重要。

  Lattice(莱迪思)公司的观点是,FPGA发展的主导趋势就是出现了一类中端FPGA,专门为低成本、低功率和性能而设计。这些器件的典型密度范围是10K至250K LUT,并正被日渐用于以前只能使用昂贵高端FPGA的应用。尽管高端FPGA将继续拥有一席之地,但中端器件正在推动应用和市场的壮大,这是因为它们成功地化解了传统的反对意见——FPGA太贵,功耗太高。LatticeECP3器件从一开始就是在不牺牲特性和性能的前提下,专门为低成本和低功率而设计的。Lattice公司在设计方面仔细选择,并且使晶粒尺寸最小化,由此为设计者提供了高速串行I/O和处理能力的好处,同时没有这些器件类型一般具有的高功耗和高成本。例如,为了使功耗最小化,LatticeECP3 FPGA家族使用可变通道长度,优化的低功率晶体管,以及改进的布线默认值和算法。结果,对于典型设计,ECP3的总功耗比类似的SERDES FPGA降低50%以上。

关键字:FPGA  技术突破  ASSP

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0105/article_889.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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