擴大嵌入式領域勢力范圍，FPGA廠商積極備戰(zhàn)

隨著經(jīng)濟情勢與市場環(huán)境的改變，歷經(jīng)長足發(fā)展的可編程邏輯組件(PLD)正憑借著成熟的技術將觸角深入量產(chǎn)型的消費及嵌入式市場，并以更加經(jīng)濟的開發(fā)成本持續(xù)搶占傳統(tǒng)ASIC/ASSP市場。

“ASIC/ASSP的商業(yè)模式愈來愈難以為繼，”愛特(Actel)公司應用工程師陳冠志指出。巨額的芯片制造成本是首先面臨的關卡。“300mm晶圓廠的成本以驚人的速度增長，在45nm節(jié)點約需30億美元；而到了32nm節(jié)點，估計會達到100億美元。”

另一方面，全球市場的動蕩情況，也對既有ASIC/ASSP的開發(fā)及投片帶來了巨大壓力。“平均每個設計要花費5,000萬~1億美元，”陳冠志說。然而，目前卻缺乏規(guī)模超過數(shù)十億美元的細分市場來支持這些巨額投資，而這往往導致業(yè)者無法獲得足夠的投資報酬率。

這就是芯片產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)況。但在PLD業(yè)者眼中，這卻是他們發(fā)揮長處的絕佳時機。

包括Altera、Actel，最近都宣布了強化針對嵌入式市場的產(chǎn)品線及支持能力。

以供應軍用級FPGA起家的Actel，再度強調(diào)其特有的Flash FPGA架構，表示在成本更低、更快上市、靈活性更高等可編程組件特有的優(yōu)勢以外，F(xiàn)lash FPGA可為各種嵌入式應用帶來更高的效能與安全性，特別是針對醫(yī)療監(jiān)控、保全等要求高度時效性(time critical)的應用。

Actel希望以Flash FPGA更低耗電與更高安全性等固有優(yōu)勢，搶占目前SRAM FPGA市場。陳冠志表示，“傳統(tǒng)SRAM FPGA結(jié)構復雜且占面積，由于它必須用電容充放電，因此靜態(tài)耗電問題很嚴重。而我們的FPGA采用Flash單元，不必用電容做充放電，因沒有漏電路徑，也就沒有靜態(tài)功耗問題。”

陳冠志強調(diào)，Actel的Flash FPGA本身的結(jié)構很難被中子或帶電粒子擊穿，因此安全性遠比SRAM高。基本上，它對于可能為芯片和系統(tǒng)帶來重大損失的軟錯誤(soft error)和韌體錯誤(firm error)等幅射效應免疫。

同時，SRAM“在制程微縮過程中很容易由于追求更低的電壓，導致軟錯誤和韌體錯誤更常發(fā)生，”他指出。另一方面，閘極尺寸的持續(xù)縮減也導致電容不斷減小，相對使芯片更容易受軟及韌體錯誤的影響。而Flash FPGA則免除了這些問題。

由于這些特性，Actel正積極在各種消費、醫(yī)療和工業(yè)領域推廣其Flash FPGA。 該公司一款IGLOO低功耗FPGA已應用在手機中，據(jù)稱該組件實現(xiàn)了業(yè)界最小型的3 x 3mm封裝尺寸，靜態(tài)功耗僅有5μW。而針對工業(yè)和醫(yī)療應用，該公司也提出了Fusion系列混合信號FPGA，除了內(nèi)建的閃存單元、RC/xtal振蕩器、PLL、RTC、參考電壓外，也具備可配置模擬單元如ADC；溫度、電壓及電流監(jiān)控，以及多個模擬I/O，協(xié)助設計人員快速完成設計。

Altera最近則進一步擴大40nm的Stratix IV E FPGA密度范圍，達820K邏輯單元(LE)，主要用于支持更大容量的ASIC原型開發(fā)和模擬，以及固網(wǎng)、無線、軍事、計算機和儲存等應用。

“除了高密度FPGA，我們的Nios II軟處理器也已全面支持Linux，”Altera資深市場工程師王冬剛表示。此外，稍早前，Altera也結(jié)合了Wind River、茂綸、艾睿(ARROW)、友晶(terasIC)、史賓納科技(Spinel Technology)等合作伙伴，共同展示了運用其FPGA在工控、自動化、通訊甚至機器人領域的實際應用范例。

例如，茂綸運用Stratix II/III FPGA開發(fā)出一系列研發(fā)實驗板，可隨驗證邏輯容量需求，讓用戶自行增加FPGA邏輯驗證模塊，也能直接更換高容量FPGA，無須更換平臺。艾睿和 Altera及美國國家半導體合作，運用Cyclone III FPGA和Nios II軟處理器開發(fā)出了MotionFire馬達控制開發(fā)平臺，目標是運用成熟且低成本的FPGA產(chǎn)品特性，快速進行馬達控制與工業(yè)通訊開發(fā)和相關測試等工作，適用領域包含了各種工業(yè)、汽車、醫(yī)療、儀表和消費性電子產(chǎn)品。