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--  作者：wangxinxin
--  發(fā)布時間：2010-11-19 11:23:11
--  FPGA的技術(shù)市場特點

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隨著FPGA硬件成本的大幅降低，以及平臺化和生態(tài)系統(tǒng)的逐漸完善，F(xiàn)PGA正在<font color="#0000ff">電子</font>設(shè)計中扮演越來越重要的位置[1]。　　 FPGA近期市場特點 <img class="" height="309" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114343639.jpg" width="310"/> 　　 Gartner公司主要負責<font color="#0000ff">半導體</font>預(yù)測和 FPGA的副總裁兼首席分析師Bryan Lewis在接受采訪時認為，最近FPGA市場有這樣幾個顯著特點：(1)2009年2和3季度，F(xiàn)PGA失去了在PC和移動電話市場的發(fā)展;(2)軍事和無線基站成了2009年FPGA最好的市場;(3)2009年FPGA市場有小幅的下降(如圖1)，但是之后會持續(xù)穩(wěn)固地增長。 <img class="" height="203" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344621.jpg" width="306"/> 　　在中國市場，F(xiàn)PGA主要大量地應(yīng)用于強勁增長的軍事和<font color="#0000ff">通信</font>市場(圖2)。 <img class="" height="302" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344291.jpg" width="255"/> <script type="text/javascript"> function ImgZoom(Id)//重新設(shè)置圖片大小防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w < m) else{ var h = $(Id).height; $(Id).height = parseInt(h*m/w); $(Id).width = m; } } window.onload = function() { var Imgs = $("content").getElementsByTagName("img"); var i=0; for(;i<imgs.length;i++) { ImgZoom(Imgs[i]); } } </script/> Bryan一針見血地指出了FPGA/CPLD供應(yīng)商的主要機會：低功耗FPGA—便攜式消費電子中低功耗仍然是件大事;替代AS<font color="#0000ff">IC</font>方面，主要在工業(yè)和汽車領(lǐng)域開展;在替代MCU方面，主要是在汽車領(lǐng)域展開，價格很重要;低成本將在很長一段時間努力后實現(xiàn)，但是FPGA的利潤空間將是FPGA廠商關(guān)注的;Xilinx給外界的印象是在走SoC平臺路線。 <img class="" height="295" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344986.jpg" width="315"/> 　　 <strong> FPGA技術(shù)市場趨勢</strong> 　　首先，可編程勢在必行。　　 FPGA已經(jīng)被應(yīng)用于系統(tǒng)的核心。無論是用于完成關(guān)鍵功能還是直接作為系統(tǒng)核心，今天的FPGA所提供的性能、功耗和容量，都已經(jīng)達到甚至超過此前ASIC或ASSP的水平。 <img class="" height="250" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344352.jpg" width="207"/> 　　 “FPGA平臺漸成系統(tǒng)核心的發(fā)展趨勢受到幾大因素的影響，”賽靈思(Xilinx)公司亞太區(qū)市場及應(yīng)用總監(jiān)張宇清分析道，“包括設(shè)計領(lǐng)域不斷增長的ASIC開發(fā)成本，對系統(tǒng)復(fù)雜性和高性能的要求，不斷縮短的產(chǎn)品生命周期和上市時間，變化莫測的標準/協(xié)議，以及產(chǎn)品平臺最小化帶來的成本優(yōu)化，對產(chǎn)品差異化設(shè)計的需求，晶圓代工策略等。最后但同樣重要的還有FPGA開發(fā)中的IP的創(chuàng)新。越來越多的大批量產(chǎn)品通過FPGA設(shè)計生產(chǎn)出來，使得FPGA的概念完全跳出了以前的膠粘邏輯或原型設(shè)計應(yīng)用的概念。我們相信，除了特大批量應(yīng)用(如手機等)，F(xiàn)PGA已經(jīng)成為大部分應(yīng)用市場的最佳選擇�！� <script type="text/javascript"> function ImgZoom(Id)//重新設(shè)置圖片大小防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w < m) else{ var h = $(Id).height; $(Id).height = parseInt(h*m/w); $(Id).width = m; } } window.onload = function() { var Imgs = $("content").getElementsByTagName("img"); var i=0; for(;i<imgs.length;i++) { ImgZoom(Imgs[i]); } } </script/> 　摩爾定律的持續(xù)有效使<font color="#0000ff">芯片</font>密度和性能持續(xù)提升，同時也在開發(fā)和生產(chǎn)復(fù)雜性方面帶來巨大挑戰(zhàn)。賽靈思和業(yè)界人士普遍認為在發(fā)展傳統(tǒng)ASIC和ASSP的同時，下一代系統(tǒng)設(shè)計中將越來越多地采用FPGA。同時，根據(jù)Gartner的預(yù)計：2008年新開工設(shè)計中，采用FPGA的設(shè)計與采用ASIC的設(shè)計比率為25:1，更進一步顯示出在可預(yù)見的未來，可編程成為設(shè)計的必需。 <img class="" height="272" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344272.jpg" width="208"/> 　　愛特公司(Actel)亞太區(qū)總經(jīng)理賴炫州分析了ASIC/ASSP業(yè)務(wù)模式的困境：安裝復(fù)雜性高、成本高;300mm晶圓廠成本飆升，45nm工藝節(jié)點要花費40億美元(如圖4)，32nm工業(yè)節(jié)點花費80億美元;全球市場不斷變化，給ASIC/ASSP模式帶來壓力，每項設(shè)計成本為5000萬～1億美元，只有少數(shù)10億美元市場能夠支持投資回報率(ROI);風險投資正在縮減。 <img class="" height="241" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344968.jpg" width="201"/> <script type="text/javascript"> function ImgZoom(Id)//重新設(shè)置圖片大小防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w < m) else{ var h = $(Id).height; $(Id).height = parseInt(h*m/w); $(Id).width = m; } } window.onload = function() { var Imgs = $("content").getElementsByTagName("img"); var i=0; for(;i<imgs.length;i++) { ImgZoom(Imgs[i]); } } </script/> 　 <strong> 客戶多樣化</strong> 　　 2000年以前，F(xiàn)PGA/PLD公司非�？粗馗咴鲩L的通信市場。2000年后的網(wǎng)絡(luò)泡沫破滅后，F(xiàn)PGA開始轉(zhuǎn)向了工業(yè)和消費市場。據(jù)賽靈思張宇清介紹，該公司正努力實現(xiàn)客戶基礎(chǔ)多樣化，現(xiàn)在通信行業(yè)占營業(yè)收入的比例不到其50%，另一半則分布于更廣泛的終端市場上。目前，在通信市場之外，賽靈思面向的具體產(chǎn)品線包括汽車、消費電子、ISM(工業(yè)、科學及醫(yī)療設(shè)備)、航空和國防等應(yīng)用領(lǐng)域。其中汽車領(lǐng)域包括駕駛輔助、車載信息和信息娛樂應(yīng)用，消費電子領(lǐng)域包括數(shù)字顯示器、數(shù)碼攝像機和機頂盒，ISM領(lǐng)域包括工業(yè)成像(含監(jiān)控)、工業(yè)指令與控制(機器視覺、電機/運動控制)和醫(yī)學，航空和國防領(lǐng)域包括航空電子、飛機、雷達、聲納和指令、控制、通信、計算機、智能、監(jiān)控以及偵察系統(tǒng)等領(lǐng)域。 <strong>　　平臺化戰(zhàn)略</strong> 　　張宇清認為，要滿足對可編程能力迫在眉睫的需求，以及市場更加分散，需要從兩方面做工作：首先是通過可編程硬件創(chuàng)新在FPGA關(guān)鍵性能指標的每個方面(價格、功率、性能、密度、功能以及可編程能力)提供業(yè)界領(lǐng)先的價值;其次是為電子系統(tǒng)設(shè)計人員提供所需要的工具、設(shè)計方法和IP，從而使FPGA能真正幫助他們實現(xiàn)產(chǎn)品快速上市和提供靈活性這些承諾。　　為了幫助客戶更多地采用FPGA，F(xiàn)PGA供應(yīng)商提供一個全面的設(shè)計環(huán)境至關(guān)重要，因此賽靈思2009年提出了TDP(目標設(shè)計平臺)概念—80%的工作留給Xilinx及第三方<font color="#0000ff">合作</font>伙伴完成，客戶只需做20%的自主創(chuàng)新工作，這樣不僅使產(chǎn)品實現(xiàn)了創(chuàng)新，同時加速了產(chǎn)品推向市場。　　獨立的第三方FPGA工具供應(yīng)商也同樣認為FPGA正在向平臺化轉(zhuǎn)變。“設(shè)計人員思考和實現(xiàn)FPGA器件的方式的重大轉(zhuǎn)變是：除了將FPGA視為電子硬件的固定部分的方便容器，設(shè)計人員現(xiàn)在還可以將FPGA用作其設(shè)計的靈活核心，” Altium公司亞太區(qū)技術(shù)支持與應(yīng)用總監(jiān)David Read說，“通過運用FPGA可編程能力，整個SoC系統(tǒng)(包括微處理器、內(nèi)存及外設(shè)器件)可以得到快速開發(fā)和上市。這意味著有更多的設(shè)計師能夠?qū)⒏嗑τ迷谟兄趯崿F(xiàn)產(chǎn)品差異化的方面，以及處于產(chǎn)品核心的智能性�！� <img class="" height="245" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344655.jpg" width="211"/> <script type="text/javascript"> function ImgZoom(Id)//重新設(shè)置圖片大小防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w < m) else{ var h = $(Id).height; $(Id).height = parseInt(h*m/w); $(Id).width = m; } } window.onload = function() { var Imgs = $("content").getElementsByTagName("img"); var i=0; for(;i<imgs.length;i++) { ImgZoom(Imgs[i]); } } </script/> 但是，從FPGA使用者角度考慮，F(xiàn)PGA方案設(shè)計完成后，由于FPGA供貨問題，有時不能立即拿到某些FPGA批量產(chǎn)品;或者發(fā)現(xiàn)另外一家FPGA企業(yè)的產(chǎn)品價格更低或性能更合適，但想轉(zhuǎn)換到另外一家企業(yè)的產(chǎn)品就有困難，通常從FPGA硬件到開發(fā)板、軟件環(huán)境都要全面更換。為了解決這個問題，不供應(yīng)FPGA芯片的獨立的第三方開發(fā)板供應(yīng)商的優(yōu)勢就顯現(xiàn)了，例如Altium NanoBoard 2系列開發(fā)板及Altium Designer設(shè)計工具，可使工程師快速開發(fā)和<font color="#0000ff">PCB</font>布線，自由地采購FPGA廠家的芯片。 <img class="" height="173" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344318.jpg" width="214"/> 　　但是，NanoBoard 2的成本又上去了，需要上萬元人民幣。因此，Altium NanoBoard 3000應(yīng)運而生，其特點盡管又是針對某公司某款FPGA，但是價格只有4000元人民幣以下。另一個突出特點是設(shè)計人員可在事前不具備任何FPGA專業(yè)技術(shù)的情況下，在FPGA內(nèi)部構(gòu)建基于“軟”處理器的優(yōu)異系統(tǒng)。　　 David總結(jié)道，設(shè)計師們正在尋找新的方法來減少FPGA開發(fā)方案固有的復(fù)雜性以及對專業(yè)技能的要求。目前的發(fā)展方向是高層FPGA開發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)避免了使用難懂的HDL的需要，并減少了對有關(guān)底層<font color="#0000ff">元器件</font>架構(gòu)的知識要求。該方案也使FPGA設(shè)計向許多新的主流設(shè)計師打開了大門，包括傳統(tǒng)的硬件工程師、軟件開發(fā)人員以及新一代系統(tǒng)設(shè)計師。　<strong>　高、中密度FPGA值得關(guān)注</strong> 　　 “FPGA正不斷追求生產(chǎn)更大、更快(因此要求功率更高)，”Lattice(萊迪斯)半導體公司副總裁Douglas Hunter認為FPGA高密度和中密度正在全面發(fā)展。這表現(xiàn)在：(1)FPGA產(chǎn)品繼續(xù)主導著高端設(shè)備的發(fā)展——自FPGA開始出現(xiàn)實際上就一直是這種情況。今天，這種趨勢則側(cè)重于尋求不同的方法來構(gòu)建這些較大的設(shè)備。(2)但對低端產(chǎn)品而言，繼續(xù)強調(diào)低功率和低成本設(shè)備的開發(fā)。但是，在許多情況下，這些產(chǎn)品幾乎等同于已去除了大多數(shù)性能和特點的高端設(shè)備。遺憾的是，對此類設(shè)備的價值主張總是“花得少，得到的就少”。(3)行業(yè)發(fā)展中最令人感興趣的是中等密度(10k~200k LUT)FPGA產(chǎn)品的出現(xiàn)。這些設(shè)備在提供許多高端產(chǎn)品特征的同時，還保持了低功耗、低成本的特點。Lattice半導體公司的方法是開發(fā)使客戶花錢更少的中等密度設(shè)備，但這并不意味著要犧牲其應(yīng)用所需要的性能和特點。例如，LatticeECP3中等密度FPGA系列產(chǎn)品的特點是：邏輯密度為17k～149k LUT;16個3.2Gbps SERDES通道;數(shù)據(jù)速率范圍為250Mbit/s～3.2Gbit/s，以及最大存儲量可達6.8M位的嵌入式RAM存儲塊。但是，ECP3的成本和消耗的功率都只是高端FPGA產(chǎn)品的一半。 <script type="text/javascript"> function ImgZoom(Id)//重新設(shè)置圖片大小防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w < m) else{ var h = $(Id).height; $(Id).height = parseInt(h*m/w); $(Id).width = m; } } window.onload = function() { var Imgs = $("content").getElementsByTagName("img"); var i=0; for(;i<imgs.length;i++) { ImgZoom(Imgs[i]); } } </script/> <img class="" height="246" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344492.jpg" width="205"/> 　　<strong> 追求更低功耗</strong> 　　各家公司都把低功耗作為產(chǎn)品的研發(fā)方向。Altera和Xilinx兩家FPGA巨擎，都在向40/45nm進軍，在密度增長、成本降低的同時，也可以大幅降低功耗。另外值得一提的是：有特色的是中型FPGA公司——Actel，2008年在FPGA業(yè)界平均增長不到5%的情況下，該公司增長了11%，是唯一雙位數(shù)增長的FPGA供應(yīng)商。Actel的兩個戰(zhàn)略之一就是專注于開發(fā)基于快閃技術(shù)的FPGA器件(另一個戰(zhàn)略是正在創(chuàng)建全新的混合信號FPGA市場，瞄準基于微控制器的應(yīng)用和嵌入式設(shè)計。)。而這些快閃FPGA 所提供的低功耗、高可靠性和高安全性優(yōu)點，都是SRAM FPGA所難以比擬的。　　 <strong> 注重安全性</strong> 　　隨著FPGA的單價大幅度降低，功能卻在大幅地提升，所以有很多的功能已經(jīng)集合到FPGA里面，包括存儲器、IP等，因此防止IP剽竊和篡改也成為一個不容忽視的問題。Altera今年6月上市的Cyclone III LS FPGA[3]不僅在單位面積電路板上具有密度較大的邏輯、存儲器和DSP資源，功耗很低，而且保密性也可圈可點。 <img class="" height="261" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344511.jpg" width="209"/> 　　據(jù)Altera亞太區(qū)產(chǎn)品市場經(jīng)理張洵瑜介紹，Cyclone III LS的安全特性包括全面的信息安全保障設(shè)計包，支持防篡改、設(shè)計安全和設(shè)計分離功能。為保護非常敏感的信息，Cyclone III LS FPGA的防篡改特性包括JTAG端口保護、篡改監(jiān)視和循環(huán)冗余校驗(CRC)等功能。這些器件還提供其他層面的保護，包括用于實現(xiàn)設(shè)計安全功能的成熟可靠的工業(yè)標準AES 256位密鑰等。在對體積、重量和功耗要求較高的應(yīng)用中，Cyclone III LS FPGA的設(shè)計分離特性將邏輯、走線和I/O塊分開，在一個芯片中實現(xiàn)了非常可靠的安全保障和工業(yè)安全應(yīng)用。　　 Cyclone III LS FPGA適合工業(yè)應(yīng)用，特別是運動控制、工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)安全等。設(shè)計分離特性還降低了安全應(yīng)用的系統(tǒng)功耗，提高了集成度，同時支持設(shè)計冗余功能。 <script type="text/javascript"> function ImgZoom(Id)//重新設(shè)置圖片大小防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w < m) else{ var h = $(Id).height; $(Id).height = parseInt(h*m/w); $(Id).width = m; } } window.onload = function() { var Imgs = $("content").getElementsByTagName("img"); var i=0; for(;i<imgs.length;i++) { ImgZoom(Imgs[i]); } } </script/> FPGA企業(yè)的競爭法寶與戰(zhàn)略　　 Xilinx：創(chuàng)新和以客戶為中心，是賽靈思公司制勝的法寶。FPGA就是賽靈思共同創(chuàng)始人之一Ross Freeman發(fā)明的。　　賽靈思公司提供基于新一代40nm 高性能 Virtex-6，以及行業(yè)唯一45nm大批量應(yīng)用Spartant-6產(chǎn)品系列解決方案，通過其目標設(shè)計平臺戰(zhàn)略，以大范圍的領(lǐng)域優(yōu)化支持架構(gòu)、大型的IP庫和生態(tài)合作伙伴系統(tǒng)，以及高質(zhì)量的產(chǎn)品和解決方案。　　 Lattice：主要贏在了三個優(yōu)勢上：設(shè)計、方便和創(chuàng)新。在設(shè)計上，Lattice針對特定的目標進行產(chǎn)品設(shè)計，以滿足客戶的特定需要。例如，與許多具有競爭力的設(shè)備不同，這些設(shè)備僅僅是更高端產(chǎn)品的衍生產(chǎn)品。ECP3系列產(chǎn)品在設(shè)計上則采用了可變的通道長度、優(yōu)化的功率晶體管以及經(jīng)過改進的布線缺省值和算法，以滿足市場對一方面具有高端性能的需求，另一方面又滿足成本低、功耗小的FPGA產(chǎn)品的特定需求。　　 Actel：定位為成為業(yè)界功耗最低的快閃FPGA供應(yīng)商，唯一提供混合信號的FPGA供應(yīng)商。Actel在低功耗尤其是靜態(tài)功耗方面，主要優(yōu)勢采用了快閃FPGA技術(shù)路線;而其他主要廠商產(chǎn)品是SRAM FPGA�？扉WFPGA具有固有的低功耗特性，因為典型的SRAM單元需要6個晶體管時，快閃單元只需要1個晶體管。因此，可以看到Actel產(chǎn)品的晶體管數(shù)目較少(密度較低)，雖制程沒有轉(zhuǎn)到非常先進之上，但也實現(xiàn)了超低功耗，十分適合便攜式產(chǎn)品應(yīng)用。　　 Actel Fusion器件是混合信號FPGA，它基于快閃技術(shù)的FPGA;可選ARM Cortex-M1嵌入式處理器核;擁有先進的時鐘性能;混合信號可配置模擬功能，諸如高精度A/D、監(jiān)控溫度、電壓和電流、模擬I/O。　　 Altera：Altera是第一家推出40nm工藝FPGA公司。在Altera 2009亞太技術(shù)巡展上，展示的產(chǎn)品包括Stratix IV FPGA、HardCopy IV ASIC、Arria II GX FPGA、CycloneIII FPGA、Quartus II開發(fā)軟件、IP以及解決方案，介紹他們?nèi)绾慰朔斀窀叨藬?shù)字系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)，以及Altera的數(shù)字信號處理(DSP)和嵌入式設(shè)計方案。　　 Altium：Altium選擇從頭開始開發(fā)一種先進的電子產(chǎn)品設(shè)計解決方案Altium Designer，該方案將硬件設(shè)計、可編程硬件設(shè)計與軟件開發(fā)整合進了一個單一的應(yīng)用及設(shè)計環(huán)境。該開發(fā)系統(tǒng)與獨立于目標FPGA類型及供應(yīng)商的大型現(xiàn)成IP數(shù)據(jù)庫(免專利權(quán)使用費)相捆綁，該數(shù)據(jù)庫提供了設(shè)計師快速開發(fā)先進設(shè)計所需的所有主要要素。為完善電子產(chǎn)品開發(fā)周期，Altium還提供了一個低成本的智能FPGA硬件開發(fā)板——NanoBoard板，它可以與Altium的設(shè)計軟件進行溝通和協(xié)作。該開發(fā)板具有插件式外設(shè)硬件接口板并支持FPGA器件供應(yīng)商選擇，它與設(shè)計軟件一起為克服基于FPGA設(shè)計(將會成為未來的智能及高度互連的電子產(chǎn)品)的開發(fā)、原型設(shè)計和部署所面臨的挑戰(zhàn)提供了一種獨特的解決方案。 
說明：上面顯示的是代碼內(nèi)容。您可以先檢查過代碼沒問題，或修改之后再運行.

--  作者：veekoo
--  發(fā)布時間：2010-12-2 14:54:37
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