隨著去年FPGA率先宣布進(jìn)入28nm工藝節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，28nmFPGA的舞臺(tái)就沒(méi)有冷場(chǎng)過(guò)，其量產(chǎn)也指日可待，而這一切都離不開(kāi)“創(chuàng)新”的主旨在發(fā)揮能效。隨著FPGA與ARM核、MIPS核等的融合之勢(shì)不斷增強(qiáng)，F(xiàn)PGA在嵌入式市場(chǎng)將開(kāi)始新的“攻城略地”。

創(chuàng)新技術(shù)引領(lǐng)

28nm工藝使FPGA進(jìn)一步縮小了與專用芯片(ASSP)和定制芯片(ASIC)在價(jià)格和性能上的差距，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將不斷地從FPGA廠商之間的競(jìng)爭(zhēng)，演變成FPGA廠商與ASSP、ASIC廠家之間的競(jìng)爭(zhēng)。而這一切不只仰賴于工藝的進(jìn)步，與其相生相隨的是創(chuàng)新技術(shù)使其“錦上添花”。

賽靈思公司亞太區(qū)銷售與市場(chǎng)副總裁楊飛對(duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者介紹，賽靈思不僅在今年3月就發(fā)布了28nmFPGA，同時(shí)還是全球首家把堆疊硅片互聯(lián)技術(shù)用到FPGA中的公司，這一創(chuàng)新的意義重大。他進(jìn)一步解釋，若只是根據(jù)摩爾定律，那么28nm只能夠做到120萬(wàn)邏輯單元的密度，但通過(guò)這一技術(shù)，可把FPGA提升到200萬(wàn)個(gè)邏輯單元的規(guī)模，這樣可進(jìn)一步拓展FPGA的應(yīng)用領(lǐng)域。此外，在28nm之后的工藝節(jié)點(diǎn)，存儲(chǔ)和模擬部分將更難實(shí)現(xiàn)，采用此類堆疊的方式將成為提高良率、優(yōu)化成本的有效途徑之一。“賽靈思的另一大創(chuàng)新是所有基于28nm的7系列器件均采用統(tǒng)一架構(gòu)，以相同的架構(gòu)構(gòu)建塊按不同比例組合，并針對(duì)不同應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，能滿足從最低到最高器件密度和功能需求。”楊飛接著表示，“統(tǒng)一架構(gòu)提供了可擴(kuò)展性，提高了生產(chǎn)率，使得客戶可以最大限度地減少重新編碼、重新仿真的工作。”

而Altera在40nm系列產(chǎn)品大獲成功的基礎(chǔ)上，其28nm系列產(chǎn)品亦實(shí)現(xiàn)了多種創(chuàng)新。例如28Gbps收發(fā)器、部分可重配功能、嵌入式Hardcopy模塊等，極大地?cái)U(kuò)展了28nm FPGA的密度和I/O性能。Altera亞太區(qū)高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理羅嘉鸞介紹，28Gbps收發(fā)器將幫助用戶實(shí)現(xiàn)單片400G系統(tǒng)等下一代設(shè)計(jì)，而不需要采用昂貴的外部元件。而嵌入式HardCopy模塊可用于實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)或者需要大量邏輯的功能，例如接口協(xié)議、專用功能和專業(yè)定制IP等，從而幫助用戶縮短設(shè)計(jì)面市時(shí)間。

而利用部分重新配置功能，設(shè)計(jì)人員無(wú)需關(guān)斷系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)部分FPGA邏輯的重新配置，不但降低了功耗和成本，而且還有效地提高了邏輯密度。對(duì)于Altera而言，這一創(chuàng)新使其能夠面向特定市場(chǎng)迅速開(kāi)發(fā)不同型號(hào)的各種產(chǎn)品。

而在FPGA市場(chǎng)走中低端路線的萊迪思公司卻在架構(gòu)上大做文章。“對(duì)于中端和低密度器件，65nm仍然是最常見(jiàn)的工藝節(jié)點(diǎn)，架構(gòu)的決策比工藝節(jié)點(diǎn)更重要。在不犧牲性能的情況下，降低成本和功耗是由架構(gòu)決定的。由于設(shè)計(jì)決策和使用技術(shù)，我們的65nm　LatticeECP3只有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手40nm器件價(jià)格和功耗的一半。”萊迪思企業(yè)營(yíng)銷副總裁及幕僚長(zhǎng)Douglas Hunter進(jìn)一步指出：“隨著時(shí)間的推移，萊迪思將轉(zhuǎn)移到更小的工藝節(jié)點(diǎn)，但時(shí)間將取決于客戶的需求。”

需要指出的是，專注于SRAM技術(shù)的FPGA已挺進(jìn)28nm時(shí)代，而快閃FPGA技術(shù)即將進(jìn)入65nm時(shí)代，這是兩種截然不同的FPGA創(chuàng)新方向。唯一開(kāi)發(fā)快閃FPGA技術(shù)的美高森美SoC產(chǎn)品部陸地產(chǎn)品副總裁Rich Kapusta提到，使用快閃技術(shù)的主要?jiǎng)?chuàng)新優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在高安全性、高可靠性、低功耗和高集成度等方面，使用快閃技術(shù)使得美高森美成為這些性能方面的領(lǐng)先者。

SoC FPGA時(shí)代加速前行

隨著集成密度的提高，F(xiàn)PGA廠商在相關(guān)產(chǎn)品里先后推出了帶ARM核的FPGA，使得SoC第一次在FPGA上得以真正實(shí)現(xiàn)，SoC FPGA時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，F(xiàn)PGA巨頭也在不遺余力地大顯身手。

最近，賽靈思推出了將FPGA與ARM核集成的可擴(kuò)展平臺(tái)“Zynq系列”。賽靈思亞太區(qū)銷售及市場(chǎng)總監(jiān)張宇清介紹，Zynq系列帶了760個(gè)DSP引擎，性能超過(guò)910GMAC。并且FPGA跟ARM的連接架構(gòu)專門(mén)采用處理器與FPGA定制的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，這一架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在可實(shí)現(xiàn)3000個(gè)內(nèi)部互連，帶寬可達(dá)到100Gbps。他進(jìn)一步指出，集成與分立的優(yōu)勢(shì)在于分立的FPGA和ARM的互連，其管腳非常有限，最多可解決1300個(gè)管腳。以前FPGA是硬件可編程，有了Zynq系列，可通過(guò)ARM實(shí)現(xiàn)軟件編程，因而Zynq系列將可廣泛應(yīng)用于智能視頻監(jiān)控、汽車駕駛員輔助系統(tǒng)、工控等，此領(lǐng)域在2014年市場(chǎng)總值將達(dá)127億美元。

在嵌入式系統(tǒng)上進(jìn)行了多年的創(chuàng)新投入后，Altera已經(jīng)啟動(dòng)了“嵌入式計(jì)劃”，其目的是建立一個(gè)基于一種FPGA設(shè)計(jì)流程方法的多家供應(yīng)商、多CPU體系結(jié)構(gòu)SoC FPGA平臺(tái)。今年5月，Altera、MIPS以及SLS公司聯(lián)合發(fā)布MP32內(nèi)核，成為業(yè)界第一款基于MIPS的FPGA優(yōu)化軟核處理器，目前醫(yī)療成像和通信市場(chǎng)的前沿企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始大批量采用MP32。隨著這一嵌入式計(jì)劃的實(shí)施，F(xiàn)PGA會(huì)因與處理器的組合帶動(dòng)而進(jìn)入更多的應(yīng)用領(lǐng)域。

而美高森美SmartFusion cSoC是集成了FPGA、Cortex-M3處理器和可編程模擬資源的器件，能夠?qū)崿F(xiàn)完全定制、IP保護(hù)和易用性的優(yōu)勢(shì)。在提供相較傳統(tǒng)固定功能微控制器更高的靈活性之余，更沒(méi)有在傳統(tǒng)FPGA上軟處理器內(nèi)核的高成本。

對(duì)FPGA廠商而言，進(jìn)入嵌入式市場(chǎng)需要合作伙伴的全力支持，分銷商是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。安富利科匯中國(guó)區(qū)域總裁辜其秋就表示，我們需要為客戶提供新的參考平臺(tái)，同時(shí)需要緊密地保持和FPGA廠商的合作，確?？蛻裟軌虻谝粫r(shí)間得到最充分的技術(shù)支持和產(chǎn)品更新。

多重方法提高設(shè)計(jì)便利性

雖然FPGA的性能已越來(lái)越接近ASIC，但其設(shè)計(jì)復(fù)雜度也在線性上升，對(duì)整個(gè)開(kāi)發(fā)流程以及設(shè)計(jì)方法學(xué)提出了更高的要求。辜其秋指出，以前的設(shè)計(jì)可能只有1～2個(gè)時(shí)鐘域，時(shí)鐘要求也不高，編譯時(shí)間在30分鐘左右就能夠達(dá)到時(shí)序收斂，但是現(xiàn)代的設(shè)計(jì)往往采用一些大型芯片，時(shí)鐘域或多達(dá)10個(gè)以上。這種情況下，編譯時(shí)間、時(shí)序收斂、甚至布線的成功率都會(huì)成為很大的挑戰(zhàn)。因而，F(xiàn)PGA公司不僅需要集成更強(qiáng)大的IP到器件中，還要提供強(qiáng)大的設(shè)計(jì)工具。

FPGA廠商的選擇可謂“殊途同歸”，通過(guò)收購(gòu)和合作來(lái)使客戶的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)更快捷高效。

Altera推出新一代系統(tǒng)集成工具Qsys。在成功的SOPC Builder基礎(chǔ)上，Qsys實(shí)現(xiàn)了新的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)特性以及新的高性能互聯(lián)，它具有多層次設(shè)計(jì)，支持業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)IP接口，支持高效的設(shè)計(jì)重用等優(yōu)點(diǎn)，這是突破性的改進(jìn)。

賽靈思公司日前推出最新版 ISE 13.2設(shè)計(jì)套件，為28nm 7系列產(chǎn)品提供支持。最新版ISE軟件增強(qiáng)了PlanAhead設(shè)計(jì)分析工具的功能，不僅可提供部分重配置功能支持，而且其前端到后端綜合項(xiàng)目管理環(huán)境可提高設(shè)計(jì)效率。楊飛表示，傳統(tǒng)FPGA開(kāi)發(fā)只能寫(xiě)RTL代碼，收購(gòu)AutoESL公司后，可以用C語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)FPGA，這樣可在更大范圍推動(dòng)更多的工程師來(lái)開(kāi)發(fā)FPGA，而不只局限于硬件工程師。也就是說(shuō)，整個(gè)FPGA開(kāi)發(fā)周期會(huì)變得更短，大大提升設(shè)計(jì)生產(chǎn)力。

而萊迪思的新一代設(shè)計(jì)軟件Lattice Diamond幫助用戶在三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域做了重點(diǎn)的改進(jìn)：設(shè)計(jì)探索、易于使用以及改善設(shè)計(jì)流程。

最近，美高森美SoC產(chǎn)品部也宣布SmartFusion cSoC器件現(xiàn)在獲得FreeRTOSTM的支持，通過(guò)FreeRTOS，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員獲得了更廣泛運(yùn)行于SmartFusion cSoC的操作系統(tǒng)和通信協(xié)議選擇，從而加速其工業(yè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計(jì)。

當(dāng)然，設(shè)計(jì)工具離不開(kāi)第三方工具商的支持。北京阿爾戴信息技術(shù)有限公司(ALDEC)總裁白一波也指出，隨著芯片設(shè)計(jì)的規(guī)模越來(lái)越大、邏輯越來(lái)越復(fù)雜，要求工程師采用比以往任何時(shí)候更高層次的設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可編程芯片的軟件設(shè)計(jì)、驗(yàn)證等則需要越來(lái)越強(qiáng)大的第三方EDA工具的支持。

需要強(qiáng)調(diào)的是，在整個(gè)設(shè)計(jì)里，IP核會(huì)扮演越來(lái)越重要的角色。隨著FPGA的功能和性能越來(lái)越強(qiáng)，基于IP核的設(shè)計(jì)將會(huì)逐漸成為今后FPGA設(shè)計(jì)的主流。