半导体

                                    FPGA:多样化平台延伸应用空间

                                    作者:李映来源:中国电子报发?#38469;?#38388;:2008-08-06 01:40我要评论
                                    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。Gartner Dataquest预测,2010年FPGA和其他可编程逻辑器件(PLD)市场将增长到67亿美元。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?#24230;?#26131;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?#30465;?br /> 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?#19994;?#25216;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?#19994;?#31435;足之地。从目前的局?#35780;?#30475;,两极分化的趋势明显。
                                    而FPGA产业?#30475;?#37325;大飞跃都离不开生产工艺的更新。FPGA?#24425;?#21322;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?#21512;嘧分穡?#19968;方面来帮助客户进一步缩小产品尺寸、降低成本与功?#27169;?#21478;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Stratix III系列,Xilinx宣布推出第二个系列的VIRTEX-5 LXT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?#27169;?#21516;时保持新节点的密度和性能优势成为关键。而应对功?#21738;?#39064;,他们都使出自己的“独门利器?#34180;?br /> 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Quartus II 6.1软件PowerPlay优化,可大大降低功?#27169;?#21516;时达到高性能要求。因而在性能提升方面,Stratix III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65nm Virtex-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90nm FPGA相比,Virtex-5 LXT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?#26234;?#30651;性。有业内人?#24656;?#20986;,目前90nmFPGA产品已能基本满足客户需求,而65nm FPGA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65nm FPGA的天下,?#20174;?#32504;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?#22330;?br /> 不同平台满足多样化需求
                                    除在传?#36710;?#24212;用领域如通信、存储和服务器等继续攻城?#25569;?#22806;,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?#20445;?#24050;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?#24310;?#29992;,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?#36164;?#22330;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?#20302;?#35201;求:高密度/高性能应用和中等密度/成本的敏?#34892;?#24212;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300 MHz。它将挑战高端ASIC和其他?#20302;?#20803;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?#20302;?#22797;杂度提升与上市时间加快,高性能FPGA的发展趋势是将成为?#20302;?#26680;心芯片,?#20302;?#21378;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?#20154;?#22823;方面。”Altera产品和企业市场副总裁Danny Biran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Stratix III系列:第一种在逻辑、存储器和DSP资源?#27927;?#21040;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65nm Virtex-5系列包括面向高速逻辑、串行连接性、数字信号处理(DSP)和?#24230;?#24335;处理应用四种领域优化的平台,?#30452;?#26159;Virtex-5 LX、Virtex-5 LXT、Virtex-5 SXT和Virtex-5 FXT。
                                    一方面是高性能FPGA成为?#20302;场?#20027;力?#20445;?#21478;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Sandeep Vij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?#23567;?#24179;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?#20302;?#25104;本,除成?#23616;?#22806;,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?#21487;伲?#21478;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?#20302;?#25104;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平台则针对最高密度和引脚数的应用,从而为客户提供了丰富的解决方案,更加贴切地满足客户的需求。
                                    而未来?#24615;?#26469;越多的新应用比较强调FPGA?#24230;?#24335;控制能力。赛灵思公司通用产品部营销与应用高级总监Christophe Chene表示,我们会考虑在将来FPGA产品当中体现更多优化?#24230;?#24335;处理能力。
                                    FPGA进入门槛抬高
                                    FPGA这个行业的进入门槛越来越高。过去10年来,业界在创办新的可编程器件公司?#24230;?#30340;风险投资已经超过了10亿美元,但绝大多数都失败了。做FPGA要想成功,不仅仅要设计出一系列优秀的芯片,更需要开发先进的、与芯片兼容的一套完善的EDA工具。?#25381;?#30495;正的独立软件企业会服务于这个行业。可编程器件厂商必须自己去开发软件,同时还要开发IP核,现在还要集成微处理器和DSP功能。研发的投资太大,?#25381;?#24050;经非常稳定和成熟的厂商才有能力承担起这样沉重的负担。而FPGA产业?#30475;?#37325;大飞跃都离不开生产工艺的更新。
                                    从90nm过渡到45nm,FPGA厂商要?#24230;?#24040;大的研发?#24310;謾?0nm时,开发一个芯片的?#24310;?#22823;概是3000万美元,到45nm,?#24310;?#23601;涨到4000万美元,按照研发?#24230;?#21344;收入的20%%计算,厂商在该芯片的年收入至少在1.5亿美元才可平衡90nm下芯片的研发。45nm时,收入就必须达到2亿美元。很少有某一类应用市场可以负担起这样的研发?#24310;謾PGA产品厂商开发一个芯片可以用于多个市场,才有能力承担这个?#24310;謾?#21478;外,生产工艺提升使得芯片的功耗增加,FPGA厂商必须?#19994;?#22909;的方法,设计新的芯片架构,最大化生产工艺带来的优点,同?#26412;?#21487;能地降低功耗和成本。

                                    责任编辑:电子信息产业网
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