低成本FPGA应用越走越广,供应厂商迈向幸福生活

上网时间: 2006年12月01日? 作者:孙昌旭? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:低成本FPGA? FPGA? PLD?

据Gartner预测,今年全球的FPGA/PLD销量将增长14%达到37亿美元,并且2007年将加速增长到43亿美元,2010年全球FPGA/PLD的用量更是可达67亿美元,这其中低成本FPGA开辟的新兴市场将是驱动FPGA需求增长的主要动力,新兴市场包括消费电子、汽车和工业应用。未来,FPGA不但会在消费电子市场代替低出货量的ASIC器件,而且还会代替一些汽车应用领域的MCU器件和通信、视频处理领域的DSP器件。在经历了前几年通信市场低迷带来的不景气后,FPGA厂商将应用扩大到了众多的新兴领域,并且路越走越宽,该市场增长率大大高于整体半导体市场的增长率,这令为数不多的FPGA厂商正迈向幸福的生活。

作为两家最大的FPGA/PLD厂商,赛灵思的Spartan和Altera的Cyclone都在新兴市场取得了不错的成绩;而2005年排名第四的Actel更是在低成本FPGA市场大展拳脚,已显出进入前三甲的势头,并且希望借低成本FPGA这一新兴市场从两位老大手中拿到更多的市场份额。

低成本FPGA遍地开花

赛灵思亚太区Spartan系列产品营销经理莫柱昌表示,过去两年里,赛灵思低成本Spartan-3 FPGA在消费产品市场中赢得了大量设计定单。其中一些设计已经转向大批量生产,如HDTV、DVD播放机、机顶盒、平板显示器以及工业网络产品。每个市场领域中几乎所有主要厂商都曾在其产品中使用赛灵思低成本FPGA产品,或者正在使用。“客户使用产品的门密度范围从低密度的5万系统门直到高密度500万系统门,应用广泛。”他称,“通过使用赛灵思低成本FPGA,几乎所有客户都或是从系统性能的大幅提升中获益,或是从大大降低总体系统成本中获益,甚至两方面同时获益。”

低成本FPGA应用越走越广,供应厂商迈向幸福生活_莫柱昌:Spartan-3只需要标准单元ASIC十分之一的开发成本和一半的开发时间就可以满足此类系统对门密度、I/O、成本以及集成度方面的要求。_1

莫柱昌:现在利用Spartan-3只需要标准单元ASIC十分之一的开发成本和一半的开发时间就可以满足此类系统对门密度、I/O、成本以及集成度方面的要求。

Altera的Cyclone产品则已用于多个消费电子领域,在今年的一次媒体日展示会上,Altera展示了手持学习机、游戏机、网络播放器、DTV接收卡、便携测距仪、数字视频设备、平板电视、数字录像机、鱼群跟踪器等多个基于FPGA的应用。在会上Altera公司亚太区总监梁乐观表示:"现在,我们60%的收入来自非通信类产品,其中的一半来自消费类电子产品,新兴消费类产品的增长率会长期超过两位数。"

虽然比两位老大在总体FPGA市场小得多,但Actel在新兴市场并不示弱,它将低价FPGA推到更广泛的领域,Actel公司半导体硅产品总监 Martin Mason表示,其ProASIC3/E系列FPGA的单价非常低,批量订购的起价仅为1.5美元。这种单芯片、低功耗FPGA很快被汽车、消费电子、医疗及工业市场的客户所采用。在消费电子市场,ProASIC3等低成本FPGA的应用市场包括游戏、多媒体娱乐系统、智能电话和数码相机;在工业应用市场中,包括售货终端(POS)、医疗仪器、监控和自动化系统、射频识别(RFID)设备,以及仪表和测试设备;在汽车应用中包括引擎控制单元、车载娱乐设备、GPS导航系统和安全系统;通信应用则包括电信和网络线路卡管理、无线基站和手持式无线设备等。

Mason解释说:“ProASIC3 FPGA适合众多应用,因为它们是具有非挥发性flash、可重编程性、单芯片及上电即用特点的解决方案,因此能大幅简化系统设计和降低整体系统成本。例如,在消费电子应用中,具备安全性、片上非挥发性内存、单芯片、高性能及上电即用等多项优势,而价格只与AISC相近。”

Mason还列举了两个低成本FPGA的新兴应用案例:在2006年4月,Actel公布其ProASIC3 FPGA应用于Elan Digital System公司以微型USB为基础的测试及测量仪器部件USBscope50中。Actel的FPGA方案能在该公司现时的产品中执行核心的信号处理功能,并将台式或笔记本PC变成专业级的数字取样振荡器 (DSO)。通过推出单芯片ProASIC3 FPGA,Actel能够为电池供电的便携式新兴应用提供所需的优势,包括低价格、小占位面积、高安全性及低功耗等。

2006年6月,Actel公布其ProASIC3 FPGA获E Ink公司选用于其下一代电子纸显示控制器中。Actel的单芯片ProASIC3 FPGA可将图像信息从主处理器传输到各种便携式设备的有源阵列电子纸显示器中,这些便携式应用包括消费手持电子设备、PDA、电子书籍和手机等。

“E Ink在其前沿的电子纸显示技术中采纳Actel的低成本ProASIC3 FPGA,印证了非挥发性FPGA能为当今的便携式应用提供重要优势。”Mason称。他解释说,Actel的这类单芯片器件具有低功耗、小占位面积和低成本的特点,能在可重编程FPGA中融入类似ASIC特性的产品,而这是不断壮大的便携式电子设计队伍所梦寐以求的。

FPGA vs ASIC和MCU

低成本FPGA已从当经初在I/O密集的设计中(面向I/O的)被采用,发展到在逻辑门密集的设计(面向逻辑的)中替代ASIC/ASSP。因此,FPGA开始在多个新兴领域中完全替代中等出货量规模的ASIC/ASSP器件。

莫柱昌解释道,针对上述新兴应用的传统固定逻辑解决方案(如ASIC/ASSP)无法及时提供节约成本的解决方案来满足客户面临的设计挑战,如更窄的市场窗口、更短的开发周期、不断变化的标准以及更高的设计复杂性,因此也就无法保证客户设计出的产品能够在竞争中处于领先地位。更为重要的是,即便在客户的产品上市后,如标准或功能发生变化,也可以利用FPGA和CPLD的可重编程功能实现产品升级,甚至是产品付运以后的升级。

“通过Spartan-3系列产品,赛灵思公司可以满足过去中等规模ASIC所占据的利润丰厚的新兴应用的要求。”莫柱昌表示。2003年,赛灵思推出了Spartan-3低成本FPGA系列产品来满足对高密度高I/O的需求。到了2005年,他们在成功推出Spartan-3系列FPGA产品的基础上,又成功推出了面向逻辑密集设计的Spartan-3E低成本FPGA系列产品。而90nm工艺的采用,使得FPGA的成本大大下降。“在我们的90nm低成本FPGA推出前,许多设计人员不得不依赖ASIC/ASSP来实现复杂低成本系统所需要的成本和集成要求。现在利用Spartan-3只需要标准单元ASIC十分之一的开发成本和一半的开发时间就可以满足此类系统对门密度、I/O、成本以及集成度方面的要求。”莫柱昌表示。

除去替代ASIC外,FPGA也在部分代替MCU的市场。Martin Mason表示:“Actel的低成本非挥发性FPGA具有一些MCU所不具备的优势;包括通用I/O数目较MCU多出很多,在很多场合比MCU性能高、功耗更低,而且有价格竞争优势。”

低成本FPGA应用越走越广,供应厂商迈向幸福生活_Martin Mason:ProASIC3/E系列FPGA的单价可低至1.5美元。这种单芯片、低功耗FPGA很快被汽车、消费电子、医疗及工业市场的客户所采用。_2

Martin Mason:ProASIC3/E系列FPGA的单价可低至1.5美元。这种单芯片、低功耗FPGA很快被汽车、消费电子、医疗及工业市场的客户所采用。

FPGA正在取代ASIC与MCU的部分应用,但在另外的市场比如DSP与CPU市场,FPGA与之更是一种协作的关系。比如Altera亚太区资深产品行销工程师张洵瑜解释道:“FPGA作为协处理器可以卸载DSP和CPU的任务,因此用户可以采用较低一级的DSP/CPU,但一样可以达到高级的性能,从而能减小成本。”

此外,在一些高端的视频应用中,FPGA甚至可以取代DSP。赛灵思授权代理商安富利亚太公司技术支持经理陈志勇透露,他们正在以FPGA+视频硬解码核的方案替代目前的FPGA+DSP方案,“不久我们就会推出这类解决方案。”他称。

FPGA供应商在低成本产品展开竞争

低成本FPGA市场所显示出来的巨大商机,也导致了其供应商在该市场的竞争越加激烈。赛灵思与Altera在低成本FPGA上的竞争主要表现在工艺上的竞争,其目的是通过首先引入先进的工艺比如90纳米工艺来降低FPGA器件的成本,从而将其推向更多的市场。现在两家公司正在65nm工艺上展开竞争。

此外, 张洵瑜还指出,对于低成本、大出货量的消费电子产品来说,准时交货非常重要,甚至是制造商在市场上成功的关键,“我们往往能信守诺言,准时交货。”他自豪地表示,近期该公司的Cyclone 累计出货量已达到1,000万片,而他们去年推出的Cyclone II比第一代Cyclone具有高出二倍的密度与更多的功能,但价格更便宜,应用前景非常广阔。

低成本FPGA应用越走越广,供应厂商迈向幸福生活_全球FPGA厂商排名_3
全球FPGA厂商排名

而Actel的Martin Mason更是表示其基于Flash的FPGA具有更多的优势。他解释道:Actel的ProASIC3系列采用类似于ASIC的设计流程和方法,基于Flash存储,对设计人员来说,这类器件不仅单件成本低、性能好、易于使用,而且,还具有单芯片、低功耗、上电即用、安全性和中子辐射免疫性能,具体解释如下:

单芯片:即以Flash为基础的FPGA在片上Flash单元中存储配置信息。配置数据一经编程,就成为FPGA构架的固有部分;系统上电时无需从外部加载配置数据,以 Flash 为基础的FPGA无需使用EEPROM或以 Flash 为基础的微控制器等附加系统部件。

低功耗:Actel以Flash为基础的器件具有类似于ASIC的功耗特性,这使其成为电池供电和功率敏感应用的理想选择。使用这种以Flash为基础的器件并没有上电涌流和大电流过渡期,而这两种现象在许多以SRAM为基础的FPGA上都存在。Flash FPGA器件的静态和动态功耗低,能够最大限度地节省功率,同时也支持能大幅降低功耗的睡眠和待机工作模式。

低成本FPGA应用越走越广,供应厂商迈向幸福生活_FPGA厂商在不同地域的排名。_4
FPGA厂商在不同地域的排名。

上电即用:以Flash为基础的器件是上电即用(LAPU),这类器件一加上符合指标的系统电源就会开始工作。上电即用的特点大大地简化了整个系统设计,且通常都能从系统中省掉一些CPLD器件。

安全性:Actel以Flash为基础的FPGA器件包含Actel FlashLock功能,将可重编程性和设计安全性集于一身,且无其它外部开销。只有带非挥发性Flash内存的FPGA才能提供这些优势。以AES加密技术为基础的器件可让设计人员安全地实现系统设计和内存内容的远程更新 (比如通过互连网等公共网络),确保宝贵的知识产权核不受系统过建、克隆和IP盗取等非法行为的侵害。

除此之外,他还认为其低成本FPGA更可替代传统的CPLD。“ProASIC3系列具有较高的容量及一些重要的功能,如SRAM、FIFO控制逻辑、模拟PLL和时钟调节电路、嵌入非挥发性用户内存和差异性I/O标准,且价格别具竞争力。基于这些原因,Actel有能力针对那些价格敏感的客户,以相同的价格点为传统CPLD产品提供升级方案。”

作者:孙昌旭

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