高速串行通信:PLD市场发展的新契机

上网时间: 2001年07月29日? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:PLD? 可编程逻辑? 通信?

从今年年初起,占据PLD市场最大份额的电信设备出现销售停滞现象,库存大量积累。受此影响,PLD的销售也因此一直处于衰落态势,IC Insights认为该行业正经历着有史以来最严重的滑坡。大多数分析师认为,随着通信设备销售的复苏以及OEM厂商慢慢消化掉过多的库存,PLD销售将于今年晚些时候跌至谷底,并于2002年开始反弹。

市场分析人士预计,一旦市场需求开始回升,通信应用产品将带领这一市场走出低谷,并成为推动其未来发展的主要动力。网络设备、蜂窝基础设施及其它传统通信设备仍将继续主导PLD市场,供应商同时也将目光投向一些更具发展潜力的领域,如高速串行通信以及新兴的无线和家庭网络。

有史以来最严重的滑波

据统计PLD第一季度付运量下降达36%,从2000年第四季度的14.8亿美元下降到今年第一季度的9.47亿美元。与此同时PLD价格也在下跌。据IC Insights估计,PLD平均售价从2000年第四季度的11.69美元下降到今年第一季度的10.39美元。Xilinx和Altera第一季度的销售额都出现了大幅度下降。Altera第一季度销售额继续以22%的速度下滑,而Xilinx则下降了10%。业内其它厂商也有不同程度的销量下降。

高速串行通信:PLD市场发展的新契机_ESMCOL_1

第二季度情况继续恶化。Altera宣布第二季度销售额比第一季度下降25%。《可编程逻辑新闻和观察》前编辑、分析师Murray Disman总结道:“每家供应商都遭受着收入下降的厄运。” IC Insights公司分析师Bill McClean估计第二季度PLD供货量下降了10%,尽管第三和第四季度会有所回升,但总体来说今年的出货量将下降约16%。IC Insights预计IC行业将从第三季度出现整体回升,随后PLD市场也将开始复苏。“到第三季度末,IC行业的大部分库存调整都将完成。如果经济如预期般增长,PLD行业也应显示出一些连续增长迹象。”McClean如是说。

IC Insights预测,今年全球PLD销售额下降16%,降至47亿美元;2002年将增长25%,达到59亿美元。该调研机构预计该市场2003年的增长率为22%,2004年增长率将达到44%。McClean认为:“业内人士都期盼着谷底尽快到来,它正一步步逼近。一旦PLD市场降到最低点,势态可能迅速逆转。”

Thomas Weisel合伙人公司分析师Eric Ross认为,PLD市场何时复苏很大程度上取决于网络设备市场。他称:“我们认为,网络设备是目前最艰难的芯片应用市场。网络设备供应链中的库存量远远高于其它半导体应用市场,因而可能需要更长的时间才能恢复。”产品混杂也是导致情况恶化的一个原因。例如,由于设计下一代系统的客户选用了更新的器件,估计Xilinx第一季度的库存将达3,000万到3,500万美元。Ross说:“我们相信,尽管Xilinx的新产品可能是造成旧产品库存的元凶,但也极有可能帮助他们更有效地开展竞争以赢得将来的市场。”

高速串行通信成契机

新兴高速串行通信是目前最引人注目的新型应用之一。为了消除PCI等传统多点总线所固有的性能局限,系统设计人员正努力开发各种具有可扩展性和可靠性的高速串行通信结构,以期满足下一代系统集成语音、视频与数据业务的需要。RapidIO、HyperTransport、InfiniBand等多种开放标准正快速形成。

近期,RapidIO这种分组交换的系统级互连协议已成为一种用于系统间背板互连的开放标准,这将对PLD市场产生重大影响。该高速协议采用低压差分信令(LVDS)技术,能以高达10Gbit/s的传输速率支持基于标准PCB的芯片到芯片以及板到板通信。其潜在应用包括存储子系统,以及互连网络设备中的微处理器、存储器及存储-映射I/O器件。

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鉴于PLD现有的应用范围,特别是在通信设备中扮演的重要角色,分析师预计基于PLD的物理层接口(PHY)在RapidIO应用方面有巨大潜力。Disman认为:“这些器件最终可能会像从前的TTL I/O输出一样重要。随着时间的推移,它可能会成为FPGA市场的一个重要组成部分。”许多供应商预计采用RapidIO接口的系统将在未来的18至24个月内出现。

近期,Xilinx发布第一个针对RapidIO接口的商用可编程PHY方案,为其Virtex-II系列FPGA提供了与Praesum通信设备公司联合开发的Real RapidIO软内核。这种接口完全符合由RapidIO贸易协会(RTA)制订的规范,每端口速率达8Gbit/s,总带宽可达数百Gbit/s,大大优于传统芯片和板间互连的几百Mbit/s速率。

Altera最近也宣布了为RapidIO和HyperTransport互连结构开发软内核的计划。据该公司产品市场总监Steve Mensor透露,RapidIO内核将于今年年底面市。Altera声称,其Apex-II产品系列采用专用I/O线路设计,具有1Gbit/s的LVDS支持能力,可满足这些高速通信协议的要求。Mensor认为:“PLD必须首先确保其电气特性。这样,无论协议怎样变化,它都能应付自如,因为这种芯片具有良好的可编程能力。”

从不同角度切入高速串行接口市场

Actel公司虽然不提供软内核,但却将众多固定功能设计进FPGA内,为客户提供一个能够在多个接口标准间进行通信的平台。这种名为BridgeFPGA的新产品系列将专用高速I/O电路、预配置嵌入式协议控制器与多个可编程逻辑门结合在一块芯片上。OEM厂商不必再专门设计一个通用FPGA来解决接口和互操作性问题,采用Actel的专用器件就可轻松互连不同的总线或联网协议,如RapidIO、XAUI、InfiniBand和光纤通道。

Actel营销副总裁Dennis Kish总结道:“各种标准组织五花八门,它们所针对的应用领域又相互重叠,加之近年来各种并购活动层出不穷,所造成的混乱局面简直让客户无所适从。很多客户正利用我们的技术来填补这一空隙。”

用户可对该芯片进行编程,增加个性化的功能。为了简化设计人员的选择过程,Actel将其器件分成三种掩码集型号。设计人员可存取每个嵌入模块中的特定位,从而在每个链路端实现特定的协议。

Kish称:“为将这一问题分解成一块块可控的部分,我们利用了所有标准都具有许多冗余且都使用公用构建模块这一事实。然后,我们利用PHY传输层的共性及这些标准的串行和并行特性,试着以某种方式将它们组合起来,从而可让我们服务于这个市场的不同分支,而无需提供100个不同的掩码集。”

Actel将于今年下半年开始提供BridgeFPGA产品。为获得关键的接口技术,该公司正与主要的IP提供商展开合作。首先是与Tality公司达成IP许可协议。Tality是Cadence设计系统公司的一个子公司,起初将向Actel提供3.125Gbit/s LVDS收发器和高速多模成/解串器技术。最终,BridgeFPGA芯片将支持各种I/O功能,包括HSTL、LVPECL和GTL+。

其它PLD供应商也在竭力采用嵌入式方法。QuickLogic公司互连产品营销总监Charles Tralka认为,大多数利用可编程器件来实现高速串行应用的OEM厂商都会利用可编程器件完成一些桥连/接口/互连功能,因此他们需要一种通用的解决方案。Tralka称:“物理层、成/解串器以及I/O收发器只是这种方案的一部分。”OEM厂商还需要一个数据链路层及一些片上存储器。数据链路层提供数据格式化所必需的数字逻辑,有时还为特定的通信标准提供检错及纠错功能;片上存储器一般采用FIFO格式,主要用来暂时缓存数据流。

长久以来,高速串行通信一直是QuickLogic关注的重点。QuickLogic是最早涉足嵌入式可编程逻辑领域的半导体厂家之一,为满足市场对高速串行连接的要求,其QuickSD将8个高速串行总线LVDS通道与嵌入式存储器和一个可编程结构集成在同一个器件上。

QuickLogic最近专门成立了一个专注于PCI和高速串行互连的互连产品部,并计划提供完整的系统方案,包括采用适当嵌入式技术的器件、互补的软IP、硬件开发板及完整的系统级参考设计。

赛普拉斯(Cypress)半导体公司现正采用另一种嵌入式方法实现串行接口技术。前不久,这家CPLD供应商宣布推出可编程串行接口(PSI)芯片系列的第一个产品PSI2G100。这一新器件主要针对InfiniBand及类似的背板联网应用,它将1至8个2.5Gbit/s的成/解串器链路与10万个可编程逻辑门结合起来,完成各种控制功能;此外,它还增加了48Kb双端口存储器和192Kb单端口RAM以支持队列和分布式交换。

赛普拉斯公司数据通信部市场总监Geoff Charubin称:“它设计用于各式背板应用,为通信方案设计人员提供了与其现有处理器和ASIC进行接口的能力,同时也让他们可以插入自己的定制逻辑。”

赛普拉斯近期并购了HiBand半导体公司,并计划将基于HiBand技术且具有3.2Gbit/s性能的PHY内核引入其PSI可编程逻辑器件系列。

据PLD供应商称,采用纯FPGA方案的OEM厂商最终将获得更小的裸片面积、更低的功耗和更好的性能等多项好处。Actel的Kish认为,由于在FPGA业内较大的门数已司空见惯,对设计人员来说,ASIC与FPGA技术之间的差别将日渐模糊。

他预期,与采用软内核的传统通用FPGA相比,BridgeFPGA可提供两倍的功耗和性能改进。其它PLD供应商承认,Actel的BridgeFPGA可能是一种更具成本效益的方案。但他们也看到,为此,用户的设计灵活性受到了很大限制,并最终延长产品面市时间。Altera的Mensor认为:“他们可能节约10%或更多的总成本,但要放弃可编程性。而且,根据以往经验,客户总是声称他们必须采用可编程方案来抢占市场。”

有望进入某些无线应用领域

无线及家庭联网也是可编程逻辑的新兴应用领域。蓝牙、HomeRF和802.11无线局域网(WLAN)等新技术为PLD供应商提供了新的机遇。Xilinx策略应用总监Robert Bielby称:“对可编程器件来说,这简直是天赐良机。”

蓝牙等针对消费电子市场的无线方案对价格特别敏感,乍看起来PLD供应商似乎不太适于介入。正如Atmel可编程SLI营销经理Martin Mason所说:“蓝牙设计者不会在一个蓝牙产品中采用1,000美元的FPGA。”

蓝牙的发展和普及可能是建立在5美元的射频/基带模块之上,但这并不排除PLD仍有用武之地。Xilinx公司策略应用经理Krishna Rangasayee认为:“可编程逻辑确实并不适用于每一个蓝牙的应用领域。蓝牙应用中的80%可能是蜂窝电话或PDA,这部分市场对成本尤其敏感。但我们相信,可编程逻辑在剩余的20%市场仍有商机。在这一部分市场上,人们有自己的特殊需要或对价格不是特别敏感,而是强调灵活性等特征。”

Xilinx公司认为FPGA可以作为一种桥接技术而广泛应用于不同后端技术,尤其是用在家庭网关或机顶盒等对成本不太敏感的设备中。Bielby称:“看一下今天的蓝牙方案,尽管市场上出现了适用于射频和基带处理的多种专用标准产品(ASSP),也有某种用于UART或USB后端的事实上的业界标准。 但是,如果系统要采用PCI或其它专用技术,它们之间则需要一些接口或转换。这时,最常采用的就是可编程逻辑。”

Bielby认为:“在应用中,成本当然是一个重要因素。但只注意每门的成本,未免有点目光短浅。还必须重视这种器件的功能特性以及它对系统总成本的影响。”目前很多低成本ASSP供应商可提供极低成本的射频/基带器件,但当设计人员针对恶劣或安全的环境构建蓝牙方案时,低成本FPGA通常是最佳选择。Bielby说道:“在这些情况下,必须能够深入协议这一级,并提供额外的错误控制层及采用加密技术。”某些器件像Xilinx的低成本Spartan系列,包括多个集成的PLL,它们可用于替换分立器件。其它器件则集成有少量的存储器,用于替代小的FIFO或系统中的其它器件。

功耗是无线应用面临的另一个重要挑战。很多情况下,传统FPGA的高功耗限制了它们在有线基础设施或无线系统基站中的应用。“尽管可用百万门FPGA实现一个蓝牙基带处理器,但其消耗电流通常达到几百毫安,虽然没有上升到安培级,但也阻止了它们进入便携和无线等应用领域。”Mason说。

Atmel正利用其现场可编程系统级集成电路(FPSLIC)系列器件将可编程能力带入便携式、最终用户市场。这些器件将高达4万门的可编程逻辑与8位微控制器、存储器和固定外设集成在一起。这种高集成度可让设计人员在掩膜ASIC类型方案的低成本及传统、通用FPGA的高灵活性之间取得均衡。同时,待机功耗下降到低于50微安,每MHz的工作电流也只有2至3毫安。

Atmel的Mason称:“通过消除I/O及采用一些创新设计来降低峰值功耗,我们可获得更低的功耗。从性能的角度来看,由于集成了这些器件,我们可以在微控制器中实现大量的控制流和协议,以及在FPGA中实现大量的数据流和数据操作。因此,可得到一种真正适合于便携式应用的极小型、低成本方案。”

Mason预计这些可编程器件将在新兴的WLAN应用中扮演极其重要的角色。“在802.11领域,所面临的挑战已不是最后一公里或最后10米,而是最后10厘米。”音响设备、冰箱和洗衣机等统统都要接入无线网络中。可以预见,FPGA将在这一领域扮演重要角色。

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