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FPGA市場早在90年代后期就經過了一番激烈整合，許多業者不是退出PLD市場，就是出售其PLD業務部門，或將PLD業務部門分立成獨立公司，或進行購并等。時至今日，FPGA市場的主要業者僅剩數家，包括Altera、Xilinx、Actel、Atmel、 Lattice、QuickLogic等，不過2007年11月QuickLogic也確定淡出FPGA市場，并轉進發展CSSP(客戶特殊標準產品)。當然，也不乏Silicon Blue這樣的新從業者出現，初創FPGA公司一般都以創新的技術為支撐，瞄準某些特定應用領域而占據了市場的一定份額。 Altera領跑業界率先推出40nm器件 隨著對互聯網傳輸視頻、高速無線數據和數字電視等服務需求的不斷增長，設計人員需要能夠提供更快的數據速率、更高的接口帶寬和數據處理能力以及更強的解決方案，而且其功效要好。為解決這些設計挑戰，借助與TSMC長達15年的牢固合作關系Altera在業界率先推出了40nm Stratix IV FPGA和HardCopy IV ASIC（一種結構化ASIC），兩款產品都提供收發器，在密度、性能和低功耗上遙遙領先。Stratix IV系列有680K邏輯單元，比Altera的Stratix III 系列高2倍，是目前市場上密度最高的FPGA。HardCopy IV ASIC系列在密度上和 Stratix IV 器件等價，具有1330萬邏輯門（見圖1）。Altera 40-nm器件滿足了眾多市場對各種高端應用的需求，例如，無線和有線通信、軍事、廣播和ASIC原型開發等。 Stratix IV FPGA系列包括兩個型號，具有豐富的存儲器和數字信號處理 (DSP) 資源的增強型(Stratix IV E FPGA) ，以及帶有收發器的增強型 (Stratix IV GX FPGA)。Stratix IV GX FPGA 的 48 個收發器工作在 8.5 Gbps，為設計人員提供業界最大的帶寬，是任何其他 FPGA 帶寬的兩倍以上。 Stratix IV GX FPGA 還為 PCI Express (PCIe) Gen 1和2提供硬核知識產權(IP)支持，并支持多種協議，包括 Serial RapidIO、XAUI ( 包括 DDR XAUI) 、 CPRI ( 包括 6G CPRI)、CEI 6G、Interlaken和以太網等。為滿足客戶對低功耗的需求，Stratix IV系列器件采用了Altera獲得專利的可編程功耗技術。這一低功耗技術優化邏輯、DSP和存儲器模塊，在設計中需要的地方提高性能，而盡可能降低其他地方的功耗。 在新的HardCopy IV ASIC系列中，Altera首次提供了基于收發器的ASIC選擇。在設計中使用Stratix FPGA，具有FPGA硬件和軟件協同設計和協同驗證的優勢，產品面市縮短了幾個月的時間，而使用HardCopy ASIC具有ASIC量產的優勢。 近期該公司還發布了新版Quartus II 設計軟件，并為40-nm產品提供最佳的IP解決方案。Quartus II 軟件8.0的性能在業界是最好的，邏輯利用率非常高，而編譯時間最短，設計人員采用該軟件不但提高了團隊設計的效率，而且能夠盡快將產品推向市場。 圖1 Altera 40nm Stratix IV和HardCopy IV將大大超過平均ASIC容量 Xilinx細分產品敲開高校大門 Xilinx作為半導體業界的著名FPGA廠商，為FPGA技術創新做出了突出的貢獻，目前Xilinx又在數字信號處理領域大展宏圖。我們處于數字化廣播時代，對DSP需求很大，顯然FPGA在這個領域也擁有獨特的優勢，可以并行的在一個周期內處理很多事情，它們之間必將是合作和良性競爭的關系。據此，Xilinx把自己的產品分類更細，并把DSP應用的產品單獨作為一個方向進行推廣。例如高端65nm V5系列分為面向四個領域的優化：LX、LXT、SXT和FXT，分別針對邏輯密集、嵌入式處理、DSP以及串行連接應。它的DSP設計環境主要由System Generator for DSP工具、AccelDSP綜合工具以及豐富的DSP知識產權(IP)內核組成。與需要不同算法開發和RTL編碼步驟的分立式設計流程不同，System Generator for DSP提供了一個綜合的建模和驗證環境，從在Simulink中完成最初的設計輸入直至最終的FPGA設計收斂，整個流程非常平滑，不需要學習或使用傳統的RTL設計方法。AccelDSP綜合工具是一個基于MATLAB語言的高級工具，主要用于針對Xilinx公司FPGA的DSP模塊設計，可將浮點至定點轉換過程自動化、生成可綜合的VHDL或Verilog代碼，并為驗證過程創建測試基準向量。設計人員可以從MATLAB算法生成定點Cordially模型或System Generator模塊（見圖2）。 圖2 使用FPGA實現高性能DSP Xilinx全球規劃中將中國視為一個戰略性市場。與"2008 可編程解決方案中國巡演" 幾乎同步，Xilinx聯合中國電子學會聯手打造了“中國電子學會 Xilinx 杯開放源碼硬件創新大賽”。 此次大賽推動了基于現場可編程門陣列的開放源碼創新應用，營造 “ 交流、奉獻與分享 ” 的開放社區精神，促進中國自主知識產權 IP 及芯片的發展。另外，Xilinx公司和Ultrawise在無錫成立 FPGA 創新中心，專注于高端的職業技術教育，將人才培養生態體系的建設作為核心業務。該運營模式使中國更多的有志青年投身到高端技術領域并通過使用Xilinx公司提供的FPGA芯片加快了Xilinx在中國的發展步伐。 初創FPGA廠商：面向便攜式應用 FPGA領域依然有新興業者出現，例如Silicon Blue。成立于2006年的Silicon Blue已經擁有了一定的實力，該公司的策略瞄準的是低功耗手持式移動裝置，并不直接與Altera，Xilinx等廠商的高端產品對話。根據Semico調查研究，對于可編程邏輯芯片而言，手持式應用是一個快速增長的市場，預估可編程邏輯芯片在這些應用領域的市場值將在2010年前超過6億5000萬美元。 SiliconBlue的產品為大量的手持消費性電子產品——如智能手機、便攜式多媒體播放器以及個人導航裝置等帶來獨特的解決方案。 SiliconBlue以65nm標準CMOS工藝技術結合低功率、非易失性配置存儲器（NVCM）及標準SRAM技術。SiliconBlue已經在臺積電投片生產了包含4個成員的首個FPGA家族——iCE65系列，該系列產品采用自有的片上非易失性配置存儲器存儲配置數據，無需傳統的FPGA解決方案一般使用額外的閃存PROM，如此可省下元器件數目、空間和成本，并可避免數據信息串被竊取，從而提供安全的設計。Silicon Blue策略營銷副總裁Birkner先生坦言說，iCE65系列產品沒有FPGA兩大廠商(Altera,Xilinx)的高性能，但是功耗要比他們小很多，更適用于中低端便攜式設備應用。對于接近零功耗的Xilinx CPLD來說，iCE65系列的性能又擁有絕對領先的優勢。 同時SiliconBlue提供了完整的設計環境。iCEcube VHDL和基于Verilog的開發軟件相當容易上手，提供相似的接口，引導設計工程師將概念轉變為信息串。合成和布局工具由Magma Design Automation公司提供，Routing和Bitgen工具則由SiliconBlue自行開發。除此之外，iCEman65評估套件提供了一個完整進行低功耗測試和應用發展的平臺。可以直言不諱的說，SiliconBlue瞄準了市場，加上自身獨特的創新技術是它能夠“適者生存”的法則。 QuickLogic轉進發展CSSP 2007年下半年QuickLogic確定淡出FPGA市場，并轉進發展CSSP，甚至QuickLogic公司的總裁、主席、首席執行官E. Thomas Hart直言：Altera與Xilinx已經成為FPGA領域的“可口可樂”與“百事可樂”。言下之意就是，除此之外第三家FPGA廠商很難有竄頭的機會。 誰也不愿意成為圈內兩大FPGA巨頭血斗的第三者。并且以低功耗見長的QuickLogic首先跳出了這個“紅海”，直奔便攜式應用——CSSP。如今，Quicklogic除了堅持原有高可靠性的FPGA外，主要發展CSSP，近年來推出了兩大產品，USB、SPI等連接方案，以及手機顯示屏的視頻增強加速器。QuickLogic公司高級平臺解決方案市場經理李浩濤說：“對客戶來說，上市時間非常重要，同時，time in market也非常重要。因此，很多客戶喜歡選擇擁有FPGA背景的產品。” 今年， QuickLogic基于Apical Limited授權的iridix算法，通過QuickLogic的Vialink專利編程技術，針對移動及便攜式多媒體產品的行動模塊推出了具備VEE技術的Arcticlink Ⅱ解決方案平臺（見圖3）。VEE技術通過有針對性地實時圖像/視頻數據，為移動系統中的視頻媒體提供TV質量的觀看體驗。與傳統的整體改善方法——伽馬校對、CABC方法不同，VEE是基于背景感光、以像素為單位來調整圖像的。該技術可以根據環境光照的效果調節屏幕顯示，而不是簡單地通過提高背景光強度改善日光下的可視性，這樣不僅使用戶得到全新的視頻體驗更能讓開發人員有效的節省電力。 圖3QuickLogic針對多媒體產品推出了具備VEE技術的解決方案平臺 此外，PolarPro VEE評測模塊集成了一個板上環境光傳感器，用來測試VEE技術對環境照明的響應，并自主控制VEE強度。評測模塊還安裝了一個Flash ROM，以保證當CSSP被配置到特定的LCD顯示屏上時的VEE參數不變。一個板上開關穩壓器可以保證評測模塊可以使用移動設備的電源，且不受運行電壓的限制，從而可以評測VEE對電池使用壽命的影響。 結語 三網合一等大趨勢，會給FPGA帶來很大發展，比如最初的手機只具備通話功能，現在手機可以上網、下載、照相，這就要求像素提高、傳輸速度越來越快、功耗越來越低，這種市場的不斷變化、器件要求的不斷變化、規格不斷的變化給FPGA更大的發展空間，FPGA帶來很好的機遇及挑戰。 隨著FPGA技術的進步，已經在功能、成本等方面取得很大的成績，因此從產品設計的角度考慮，比如攜帶式和電池操作產品假若FPGA有新的設計、新的作為，能在功能、功耗、價格等方面能滿足客戶的要求，會開創一片新的天地。 |
