ot;display: block;">作者:邵樂(lè)峰
近年內(nèi),Actel不斷推出瞄準(zhǔn)便攜式應(yīng)用的高靈活性、低功耗的FPGA產(chǎn)品。這方面的產(chǎn)品包括,靜態(tài)功耗為5mW的超低功耗FPGA——IGLOO系列產(chǎn)品、采用Flash技術(shù)的低功耗FPGA、適用便攜式應(yīng)用處理器的FPGA以及低功耗系統(tǒng)管理IP和優(yōu)化功率的設(shè)計(jì)創(chuàng)建與分析工具等。近日,Actel 亞太區(qū)總經(jīng)理賴炫川在接受《電子工程專輯》記者專訪時(shí)表示,Actel的使命就是通過(guò)創(chuàng)新可編程邏輯解決方案,從芯片級(jí)到系統(tǒng)級(jí)解決功耗問(wèn)題。并期望一提到功耗問(wèn)題時(shí),設(shè)計(jì)人員就會(huì)立即想到Actel。
業(yè)界趨勢(shì)繼續(xù)推動(dòng)對(duì)低功耗的需求,基于Flash的FPGA將走紅
由于便攜式產(chǎn)品的生命周期短及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈,FPGA設(shè)計(jì)人員必須不斷增加新的功能和復(fù)雜性,但卻不能耗用更多的電池能量。因此他們不僅要求開(kāi)發(fā)工具全面,而且要求易于使用,也要求專為降低功耗而優(yōu)化。而另一個(gè)非常值得關(guān)注的趨勢(shì)是動(dòng)態(tài)功耗的重要性日益增加。賴炫川解釋說(shuō),一直以來(lái)業(yè)界關(guān)注更多的是產(chǎn)品的靜態(tài)功耗問(wèn)題,但在時(shí)鐘經(jīng)常切換且為FPGA提供輸入的應(yīng)用中,如便攜式視頻和醫(yī)療設(shè)備的高速數(shù)據(jù)管線,動(dòng)態(tài)功耗就顯得至關(guān)重要,而且目前在功率預(yù)算中所占的比例越來(lái)越大。舉例來(lái)說(shuō),相對(duì)于,FPGA工作電壓在時(shí)可降低約36%的動(dòng)態(tài)功耗,同時(shí)采用功耗驅(qū)動(dòng)布局還可降低約13%。
他認(rèn)為,現(xiàn)在FPGA廠商面臨的挑戰(zhàn)將是如何把FPGA做的更像ASIC。這就意味著需要不斷降低系統(tǒng)和單個(gè)器件的成本以及功耗,并提高設(shè)計(jì)的安全性和可靠性,單芯片解決方案以及滿足設(shè)備的功耗要求等。傳統(tǒng)的基于SRAM的FPGA解決方案無(wú)法滿足這些要求,而非易失性的基于Flash的FPGA產(chǎn)品則先天性的具有這方面的優(yōu)勢(shì)。因此,非易失性、單芯片F(xiàn)PGA技術(shù)是對(duì)有限板基空間、功耗、上市時(shí)間、安全性和低成本有特定要求的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師的上佳選擇。
重新定義低功耗的新標(biāo)準(zhǔn)
為了進(jìn)一步擴(kuò)展Actel低功耗可編程解決方案組合,Actel面向高性能及對(duì)功耗敏感的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員推出了全新的ProASIC3L系列FPGA。它以ProASIC3架構(gòu)為基礎(chǔ),門(mén)電路數(shù)從25萬(wàn)到300萬(wàn)個(gè),且備有商用和工業(yè)用兩種溫度等級(jí),帶有嵌入式SRAM存儲(chǔ)器、大量I/O、鎖相環(huán) (PLL) 以及非易失性存儲(chǔ)器。與5μW IGLOO FPGA系列一樣,ProASIC3L器件也支持核心電壓和Flash*Freeze技術(shù),使設(shè)計(jì)人員無(wú)需關(guān)斷時(shí)鐘或電源,即可迅速將器件從動(dòng)態(tài)工作模式切換到靜態(tài)模式。在利用同級(jí)100萬(wàn)門(mén) FPGA的典型高速設(shè)計(jì)中,ProASIC3L器件的動(dòng)態(tài)功耗為100mA,靜態(tài)功耗為1mW。同時(shí),ProASIC3L系列還支持FPGA優(yōu)化32位ARM Cortex-M1處理器的免費(fèi)實(shí)現(xiàn)。
除了努力降低功耗,Actel在芯片封裝、開(kāi)發(fā)接口IP方面也是做足了工夫。例如其5μW IGLOO FGPA 系列的封裝尺寸就只有4mm×4mm,但卻帶來(lái)了4倍更高的密度、3倍更多的I/O,以及減小尺寸達(dá)36%的效果；在便攜式存儲(chǔ)中,FPGA可作為從處理器總線到存儲(chǔ)接口的橋接ATA6和CE-ATA,SD1.1/2.0和MMC,CompactFlash3.0 CardBus2.1/PCMCIA。這些產(chǎn)品的應(yīng)用目標(biāo)市場(chǎng)主要是針對(duì)智能電話、GPS、PDA,手持式和流動(dòng)存儲(chǔ)以及袋裝計(jì)算器和銷售終端等。
關(guān)于Actel的產(chǎn)品為什么一直還在采用工藝技術(shù),賴炫川解釋說(shuō),在制程工藝技術(shù)和功耗的坐標(biāo)軸中,動(dòng)態(tài)功耗和靜態(tài)功耗相交的最低點(diǎn),對(duì)應(yīng)的工藝制程技術(shù)是,也就是說(shuō),采用工藝技術(shù),漏電流是最低的,這就是我們?yōu)槭裁匆恢币詠?lái)還在采用工藝技術(shù)的原因。
未來(lái)市場(chǎng)策略
過(guò)去人們很少在消費(fèi)電子領(lǐng)域考慮使用FPGA,但由于ASIC的發(fā)展越來(lái)越受到限制,隨著芯片尺寸和功耗的降低,FPGA將變得越來(lái)越有吸引力。賴炫川認(rèn)為,在中國(guó)大部分使用FPGA的客戶都是制造消費(fèi)類電子產(chǎn)品的,而下一個(gè)應(yīng)用熱點(diǎn)將會(huì)是在汽車電子,因?yàn)榭删幊踢壿嬙谀抢镆彩且粋€(gè)非常適合的候選技術(shù)。比如包括進(jìn)入混合動(dòng)力、電動(dòng)汽車或燃料電池汽車的控制系統(tǒng)；以及包括防撞系統(tǒng)、盲點(diǎn)檢測(cè)和告警系統(tǒng),以及倒車攝像頭在內(nèi)的汽車安全應(yīng)用系統(tǒng)等等。
談到市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),他表示,隨著市場(chǎng)越來(lái)越細(xì)分,Actel要做的是預(yù)測(cè)和洞察未來(lái)的市場(chǎng)在哪里,必須專注于自身的差異化發(fā)展,選擇那些大廠商尚未完全鎖定的、更具爆炸性增長(zhǎng)的領(lǐng)域,而不是和更強(qiáng)大的領(lǐng)導(dǎo)者盲目競(jìng)爭(zhēng)。例如,低成本的FPGA目前只占市場(chǎng)的10%,但是未來(lái)三年將超過(guò)30%,這就是機(jī)會(huì)。
消費(fèi)電子引領(lǐng)FPGA未來(lái),眾廠商各顯神通
其實(shí)看準(zhǔn)這一機(jī)遇的不單是Actel。賽靈思公司CTO Ivo Bolsens博士在接受本刊記者采訪時(shí)就曾表示,FPGA未來(lái)將向?qū)Ｓ没蛷?fù)雜SoC發(fā)展,傳統(tǒng)的軟件可編程和硬件可編程正走向融合。就未來(lái)幾年而言,FPGA的增長(zhǎng)主要來(lái)自于三重播放的機(jī)會(huì)和消費(fèi)電子應(yīng)用。更長(zhǎng)遠(yuǎn)地看,兼具高度并行處理和低功耗特點(diǎn)的FPGA,未來(lái)將獲得來(lái)自消費(fèi)電子領(lǐng)域的大量機(jī)會(huì)。
針對(duì)市場(chǎng)的這一特點(diǎn),賽靈思也推出了自己的非易失性產(chǎn)品Spartan-3AN,它強(qiáng)調(diào)成本和靈活性,可用于平板電視、機(jī)頂盒、IPTV、網(wǎng)關(guān)、醫(yī)療等市場(chǎng)。另外,已量產(chǎn)的XtremeDSP信號(hào)處理解決方案產(chǎn)品系列新增功耗優(yōu)化的Spartan-3A DSP器件,為低成本且低功耗FPGA領(lǐng)域的應(yīng)用如軍事通信戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)、無(wú)線接入點(diǎn)和便攜式醫(yī)療設(shè)備等,提供了高性能的數(shù)字信號(hào)處理能力。
另一FPGA巨頭Altera公司也不甘示弱,最新推出了其零功耗MAX IIZ CPLD產(chǎn)品,該器件是專門(mén)針對(duì)解決便攜式應(yīng)用市場(chǎng)的功耗、封裝和價(jià)格限制而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的。借助Stratix III和Cyclone III FPGA、HardCopy結(jié)構(gòu)化ASIC以及MAX IIZ CPLD,Altera為業(yè)界提供了全套的低功耗解決方案。
FPGA廠商Lattice公司也宣布,將在IIC-2008上推出采用了90nm制程的第三代非易失性(NV)FPGA系列LatticeXP2,強(qiáng)調(diào)通過(guò)最新的True NV FPGA技術(shù),可提供彈性化邏輯、最小占位空間、高度安全性,以及低于1ms的瞬時(shí)激活等優(yōu)勢(shì),可廣泛地應(yīng)用于無(wú)線基地臺(tái)與醫(yī)療應(yīng)用中。
