作者：邵樂峰
近年內，Actel不斷推出瞄準便攜式應用的高靈活性、低功耗的FPGA產品。這方面的產品包括，靜態功耗為5mW的超低功耗FPGA——IGLOO系列產品、採用Flash技術的低功耗FPGA、適用便攜式應用處理器的FPGA以及低功耗系統管理IP和優化功率的設計創建與分析工具等。近日，Actel 亞太區總經理賴炫川在接受《電子工程專輯》記者專訪時表示，Actel的使命就是通過創新可編程邏輯解決方案，從芯片級到系統級解決功耗問題。並期望一提到功耗問題時，設計人員就會立即想到Actel。
業界趨勢繼續推動對低功耗的需求，基於Flash的FPGA將走紅
由於便攜式產品的生命週期短及市場競爭激烈，FPGA設計人員必須不斷增加新的功能和複雜性，但卻不能耗用更多的電池能量。因此他們不僅要求開發工具全面，而且要求易於使用，也要求專為降低功耗而優化。而另一個非常值得關注的趨勢是動態功耗的重要性日益增加。賴炫川解釋說，一直以來業界關注更多的是產品的靜態功耗問題，但在時鐘經常切換且為FPGA提供輸入的應用中，如便攜式視頻和醫療設備的高速數據管線，動態功耗就顯得至關重要，而且目前在功率預算中所佔的比例越來越大。舉例來說，相對於1.5V，FPGA工作電壓在1.2V時可降低約36%的動態功耗，同時採用功耗驅動佈局還可降低約 13%。
他認為，現在FPGA廠商面臨的挑戰將是如何把FPGA做的更像ASIC。這就意味著需要不斷降低系統和單個器件的成本以及功耗，並提高設計的安全性和可靠性，單芯片解決方案以及滿足設備的功耗要求等。傳統的基於SRAM的FPGA解決方案無法滿足這些要求，而非易失性的基於Flash的 FPGA產品則先天性的具有這方面的優勢。因此，非易失性、單芯片FPGA技術是對有限板基空間、功耗、上市時間、安全性和低成本有特定要求的系統設計工程師的上佳選擇。
重新定義低功耗的新標準
為了進一步擴展Actel低功耗可編程解決方案組合，Actel面向高性能及對功耗敏感的系統設計人員推出了全新的ProASIC3L系列 FPGA。它以ProASIC3架構為基礎，門電路數從25萬到300萬個，且備有商用和工業用兩種溫度等級，帶有嵌入式SRAM存儲器、大量I/O、鎖相環 (PLL) 以及非易失性存儲器。與5μW IGLOO FPGA系列一樣，ProASIC3L器件也支持1.2V核心電壓和Flash*Freeze技術，使設計人員無需關斷時鐘或電源，即可迅速將器件從動態工作模式切換到靜態模式。在利用同級100萬門 FPGA的典型高速設計中，ProASIC3L器件的動態功耗為100mA，靜態功耗為1mW。同時，ProASIC3L系列還支持FPGA優化32位 ARM Cortex-M1處理器的免費實現。
除了努力降低功耗，Actel在芯片封裝、開發接口IP方面也是做足了工夫。例如其5μW IGLOO FGPA 系列的封裝尺寸就只有4mm×4mm，但卻帶來了4倍更高的密度、3倍更多的I/O，以及減小尺寸達36%的效果；在便攜式存儲中，FPGA可作為從處理器總線到存儲接口的橋接ATA6和CE-ATA，SD1.1/2.0和MMC，CompactFlash3.0 CardBus2.1/PCMCIA。這些產品的應用目標市場主要是針對智能電話、GPS、PDA，手持式和流動存儲以及袋裝計算器和銷售終端等。
關於Actel的產品為什麼一直還在採用0.13mm工藝技術，賴炫川解釋說，在製程工藝技術和功耗的坐標軸中，動態功耗和靜態功耗相交的最低點，對應的工藝製程技術是0.13mm，也就是說，採用0.13mm工藝技術，漏電流是最低的，這就是我們為什麼一直以來還在採用0.13mm工藝技術的原因。
未來市場策略
過去人們很少在消費電子領域考慮使用FPGA，但由於ASIC的發展越來越受到限制，隨著芯片尺寸和功耗的降低，FPGA將變得越來越有吸引力。賴炫川認為，在中國大部分使用 FPGA的客戶都是製造消費類電子產品的，而下一個應用熱點將會是在汽車電子，因為可編程邏輯在那裡也是一個非常適合的候選技術。比如包括進入混合動力、電動汽車或燃料電池汽車的控制系統；以及包括防撞系統、盲點檢測和告警系統，以及倒車攝像頭在內的汽車安全應用系統等等。
談到市場競爭，他表示，隨著市場越來越細分，Actel要做的是預測和洞察未來的市場在哪裡，必須專注於自身的差異化發展，選擇那些大廠商尚未完全鎖定的、更具爆炸性增長的領域，而不是和更強大的領導者盲目競爭。例如，低成本的FPGA目前只佔市場的10%，但是未來三年將超過30%，這就是機會。
消費電子引領FPGA未來，眾廠商各顯神通
其實看準這一機遇的不單是Actel。賽靈思公司CTO Ivo Bolsens博士在接受本刊記者採訪時就曾表示，FPGA未來將向專用化和複雜SoC發展，傳統的軟件可編程和硬件可編程正走向融合。就未來幾年而言， FPGA的增長主要來自於三重播放的機會和消費電子應用。更長遠地看，兼具高度並行處理和低功耗特點的FPGA，未來將獲得來自消費電子領域的大量機會。
針對市場的這一特點，賽靈思也推出了自己的非易失性產品Spartan-3AN，它強調成本和靈活性，可用於平板電視、機頂盒、 IPTV、網關、醫療等市場。另外，已量產的XtremeDSP信號處理解決方案產品系列新增功耗優化的Spartan-3A DSP器件，為低成本且低功耗FPGA領域的應用如軍事通信戰術無線電系統、無線接入點和便攜式醫療設備等，提供了高性能的數字信號處理能力。
另一FPGA巨頭Altera公司也不甘示弱，最新推出了其零功耗MAX IIZ CPLD產品，該器件是專門針對解決便攜式應用市場的功耗、封裝和價格限制而設計開發的。借助Stratix III和Cyclone III FPGA、HardCopy結構化ASIC以及MAX IIZ CPLD，Altera為業界提供了全套的低功耗解決方案。
FPGA廠商Lattice公司也宣佈，將在IIC-2008上推出採用了90nm製程的第三代非易失性(NV)FPGA系列 LatticeXP2，強調通過最新的True NV FPGA技術，可提供彈性化邏輯、最小佔位空間、高度安全性，以及低於1ms的瞬時激活等優勢，可廣泛地應用於無線基地台與醫療應用中。
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