展基本上就像是兩大可編程邏輯巨頭-Altera和賽靈思(Xilinx)之間的一場科技競賽。“你方唱罷我登場”,距賽靈思高調推出其65nm旗艦產品Virtex-5 FXT僅一月之余,日前,Altera公司也發(fā)布了其首款40納米產品Stratix IV FPGA和HardCopy IV ASIC,據稱使用這兩個系列可實現一類新的單芯片多內核器件和相關的復雜器件。另據該公司報道,其最新推出的Quartus II軟件v.8.0對高端FPGA的編譯速度是對手最新產品的三倍。
“在40納米,你甚至可以把幾百個內核放在同一個FPGA器件上,”Semico公司的分析師Rich Wawrzyniak指出,“當然,人們不會這樣做。但如果看到在一個FPGA內包含8個或16個內核,沒人會感到奇怪。”
Stratix IV FPGA系列采用臺積電(TSMC) 40納米工藝制造,包括兩個型號,增強型具有豐富的存儲器和DSP功能的E系列,以及帶有收發(fā)器的增強型GX系列。Stratix IV GX FPGA的48個收發(fā)器工作在8.5 Gbps,為PCI Express (PCIe) Gen 1和2提供硬核支持,并支持包括Serial RapidIO、XAUI (包括DDR XAUI)、CPRI (包括6G CPRI)、CEI 6G、Interlaken和以太網等在內的多種協議。Altera預計將于2008年第四季度提供Stratix IV工程樣片,HardCopy IV ASIC將于2009年第三季度開始接受客戶投片。
圖1 Stratix IV /HardCopy IV邏輯門數量與ASIC平均邏輯門數量對比
目前,業(yè)界普遍認為45/40納米是一個重大工藝節(jié)點。由于很多已經用于65納米工藝的技術,例如三柵極技術、應變硅技術、多閥值&可變長度晶體管、低K介質和銅互連技術,同樣適用于45/40納米工藝,因此晶體管的性能和集成度還能夠繼續(xù)得到大幅提升。
盡管45/40納米工藝會帶來高價值,但它也同時帶來了更多的挑戰(zhàn)。賽靈思公司高性能產品部產品營銷總監(jiān)Chuck Tralka認為,從技術層面來看以下幾點將成為關鍵:沉浸光刻技術,例如提高關注度,避免微氣泡和水殘留缺陷；高級高K門電介質應變技術；復雜可制造性設計工藝減少印刷模式變異；性能和功耗間對立力量的基本權衡；高級封裝模擬和特性確保最佳功耗完整性。
與Altera不同,Xilinx公司一直不太愿意討論其下一個節(jié)點計劃,即使目前大部分設計活動都投向65納米,該公司仍堅持認為90納米FPGA依然是重要的收益來源。新制程在2008年量產會帶來高風險,這集中體現在:1.生產設備可靠性和精密度的問題；2. 重大的芯片/器件模型匹配問題；3. 高沖模不良率；4. 覆蓋統計變化的制程邊界數據的缺失。Tralka強調說:“在適當的時候推出適當的技術,是賽靈思能夠在高端FPGA產品中占有較大市場份額的重要原因之一。”
當然,Altera不同意Xilinx的判斷。Altera 公司資深市場副總裁Jordan Plofsky表示,Altera高端65納米Stratix III在2008年第一季度發(fā)貨量躍升了198%,在未來的一段時間里Altera還將繼續(xù)銷售Stratix III,但“我們的用戶希望我們在工藝技術方面更具進攻性”。他進一步解釋說,開發(fā)45/40納米產品,對廠商在成本、工藝、設計、制造等多方面都提出了極高的挑戰(zhàn),解決這個難題的唯一方法就是芯片廠商和代工廠之間展開更緊密的合作,因此Altera和臺積電“1+1排他性”的合作模式堪稱業(yè)界典范。因為如果采用幾家代工合作伙伴,由于擔心各自的IP問題,彼此之間將很難達到無縫協作。
Wawrzyniak猜測Xilinx公司的45/40納米產品不久就會面世,并進一步指出,該市場目前尚處在早期,預計下一個節(jié)點器件在今年將只占有整個FPGA產量的1、2或3%。
他補充說,Altera的新型FPGA和ASIC確實非常優(yōu)異,但同時可以肯定,這些器件一定價格不菲。
來自Xilinx公司的推測說,Altera之所以大力推進40納米開發(fā)可能是因為其65納米產品在市場上表現不佳而要改變發(fā)展方向。Xilinx日前曾公開表示,其65nm Virtex-5系列中的15款器件已實現量產,不但在市場方面取得了15個月的技術領先,還使自身在高端FPGA領域的市場份額達到了98%。另據透露,賽靈思即將推出的45納米FPGA產品,可以將閃存、嵌入式處理器等其他器件進行整合,實現混合工藝與混合電壓,讓FPGA 變成一塊“虛擬母板”,工程師可以直接進行混合信號的設計。
Altera公司技術開發(fā)副總裁Mojy Chian對此解釋說,過去幾年客戶對性能、成本和功耗需求的優(yōu)先級發(fā)生了變化。2000年左右,客戶最關心性能,其次是功耗,最后是成本,但是現在客戶最關心成本,其次是功耗,最后才是性能。正因為如此,在65納米節(jié)點時,Altera推出的首個器件就是低成本低功耗FPGA,是客戶真正需要的產品。
他同時強調,Altera在65納米上引入了可編程功耗技術,從而比對手更有效地降低了總功耗；其次,Altera的90納米器件中就已經集成了業(yè)界領先的高速串行收發(fā)器。因此,單純的市場份額比較是沒有意義的。
其實,無論采用何種工藝,客戶真正需要的是具有更高系統性能以及帶寬的產品架構、更好的性能整合、以及更靈活高效的系統設計。也許我們可以大膽地預測,在45/40nm工藝時代,FPGA將不僅僅只適合做原型開發(fā),可編程器件將在嵌入式設計領域擔綱更為重要的角色。
作者:邵樂峰 馬立得
