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fpga市场早在90年代后期就经过了一番激烈整合,许多业者不是退出PLD市场,就是出售其PLD业务部门,或将PLD业务部门分立成独立公司,或进行购并等。整合之后,FPGA市场的主要业者仅剩数家,包括Xilinx、Altera、Lattice、Actel、Atmel、QuickLogic等,不过2007年11月QuickLogic也宣布淡出FPGA市场,并转进发展CSSP(客户特殊标准产品)。当然,也不乏SiliconBlue这样的新从业者出现,初创FPGA公司一般都以创新的技术为支撑,瞄准某些特定应用领域而占据了一定的市场份额。
Altera领跑业界率先推出40nm器件
随着对互联网传输视频、高速无线数据和数字电视等服务需求的不断增长,设计人员需要能够提供更快的数据速率、更高的接口带宽和数据处理能力以及更强的解决方案,而且其功效要好。为解决这些设计挑战,借助与TSMC长达15年的牢固合作关系,Altera在业界率先推出了40nm Stratix IV FPGA和结构化ASIC HardCopyIV。两款产品都提供收发器,在密度、性能和低功耗上遥遥领先。Stratix IV系列有680K逻辑单元,比Altera的Stratix III系列高2倍,是目前市场上密度最高的FPGA。HardCopy IV结构化ASIC系列在密度上和Stratix IV器件等价,具有1330万逻辑门(见图1)。Altera 40nm器件满足了众多市场对各种高端应用的需求,例如,无线和有线通信、军事、广播和ASIC原型开发等。
Stratix Iv FPGA系列包括两个型号:具有丰富存储器和DSP资源的增强型Stratix IV E FPGA,以及带有收发器的增强型Stratix IV GX FPGA。Stratix Iv GX FPGA的48个收发器工作在8,5 Gbps,为设计人员提供业界最大的带宽,是任何其他FPGA带宽的两倍以上。Stratix IV GX FPGA还为PCI Express(PCIe)Gen 1和2提供硬核知识产权(IP)支持,并支持多种协议,包括SerialRapidIO、XAUI(包括DDR XAUI)、CPRI(包括6G CPRD、CEI 6G、Interlaken和以太网等。为满足客户对低功耗的需求,Stratix IV系列器件采用了Altera获得专利的可编程功耗技术。这一低功耗技术优化逻辑、DSP和存储器模块,可在设计中需要的地方提高性能,而尽可能降低其他地方的功耗。
在新的HardCopy IV系列中,Altera首次提供了基于收发器的ASIC选择。在设计中使用StratixFPGA,具有FPGA硬件和软件协同设计和协同验证的优势,可将产品面市时间缩短几个月,而使用HardCopy ASIC又具有ASIC量产的优势。
近期该公司还了新版Quartus II设计软件,并为40nm产品提供最佳的IP解决方案。Quartus II软件8.0的性能在业界是最好的,逻辑利用率非常高,而编译时间最短,设计人员采用该软件不但提高了团队设计的效率,而且能够尽快将产品推向市场。
Xilinx细分产品敲开高校大门
Xilinx作为半导体业界的著名FPGA厂商,为FPGA技术创新做出了突出的贡献,目前Xilinx又在数字信号处理领域大展宏图。为迎合数字化广播时代对高速数据信号处理的大量需求,Xilinx把自己的产品分类更细,并把DSP应用的产品单独作为一个方向进行推广。例如高端65nmV5系列:LX、LXT、SXT和FXT,分别针对逻辑密集、嵌入式处理、DSP以及串行连接应用进行了优化。它的DSP设计环境主要由System Generatorfor DSP'V具、AccelDSP综合工具以及丰富的DSP知识产权内核组成。与需要不同算法开发和RTL编码步骤的分立式设计流程不同,SystemGenerator for DSP提供了一个综合的建模和验证环境,从在Simulink中完成最初的设计输入直至最终的FPGA设计收敛,整个流程非常平滑,不需要学习或使用传统的RTL设计方法。AccelDSP综合工具是一个基于MATLAB语言的高级工具,主要用于针对Xilinx公司FPGA的DSP模块设计,可将浮点至定点转换过程自动化、生成可综合的VHDL或Verilog代码,并为验证过程创建测试基准向量。设计人员可以从MATLAB算法生成定点Cordially模型或System Generator模块(见图2)。
Xilinx全球规划中将中国视为一个战略性市场。与“2008可编程解决方案中国巡演”几乎同步,Xilinx联合中国电子学会联手打造了“中国电子学会Xilinx杯开放源码硬件创新大赛”。此次大赛推动了基于现场可编程门阵列的开放源码创新应用,营造“交流、奉献与分享”的开放社区精神,促进中国自主知识产权IP及芯片的发展。另外,Xilinx公司和Ultrawise在无锡成立FPGA创新中心,专注于高端的职业技术教育,将人才培养生态体系的建设作为核心业务。
初创FPGA厂商新品针对便携式应用
FPGA领域依然有新兴业者出现,例如Silicon Blue。成立于2006年的Silicon Blue已经拥有了一定的实力,该公司的策略瞄准的是低功耗手持式移动装置,并不直接与Xilinx、Altera等厂商的高端产品对话。根据Semico调查研究,对于可编程逻辑芯片而言,手持式应用是一个快速增长的市场,预估可编程逻辑芯片在这些应用领域的市场值将在2010年前超过6亿5000万美元。SiliconBlue的产品为大量的手持消费性电子产品――如智能手机、便携式多媒体播放器以及个人导航装置等带来了独特的解决方案(见图3)。
SiliconBlue以65nm标准CMOS工艺技术结合低功率、非易失性配置存储器(NVCM)及标准SRAM技术。SiliconBlue已经在台积电投片生产了包含4个成员的首个FPGA家族――iCE65系列,该系列产品采用自有的片上非易失性配置存储器存储配置数据,无需传统FPGA解决方案所需的额外闪存PROM,因此可节省元器件数目、空间和成本,并可避免数据信息串被窃取,从而提供安全的设计。Silicon Blue策略营销副总裁Birkner先生坦言说,iCE65系列产品没有Xilinx、Almra等提供的高端FPGA的高性能,但功耗要小很多,更适用于中低端便携式设备应用。对于接近零功耗的Xilinx CPLD来说,iCE65系列的性能又拥有绝对领先的优势。
SiliconBlue同时还提供了完整的设计环境。 iCEcube VHDL和基于Verilog的开发软件相当容易上手,提供相似的接口,引导设计工程师将概念转变为信息串。合成和布局工具由Magma设计自动化公司提供,布线和Bitgen工具则由SiliconBlue自行开发。除此之外,iCEman65评估套件提供了一个完整进行低功耗测试和应用发展的平台。可以直言不讳的说,准确的市场定位及自身独特的创新技术是SiliconBlue能够“适者生存”的法则。
QuickLogic转进发展CSSP
2007年下半年QuickLogic淡出FPGA市场,并转进发展CSSP。QuickLogic公司的总裁、主席兼首席执行官E.Thomas Hart直言:Xilinx与Altera已经成为FPGA领域的“可口可乐”与“百事可乐”。言下之意就是,除此之外第三家FPGA厂商很难有窜头的机会。
转向CSSP市场后,QuickLogic推出了PolarPro平台和ArcticLink平台两大系列的多款产品,具备多种尺寸及容量供客户选择。两大CSSP平台中均包括有视频系统模块、网络系统模块、存储系统模块,及其它系统模块,可针对特定用户需求提供灵活的定制解决方案。QuickLogic公司高级平台解决方案市场经理李浩涛表示:“我们的目标市场是手机、计算及消费电子市场,包括智能手机、UMPC/MID、PMP、PND、便携摄像机等。”
近日,QuickLogic基于Apical Limited授权的iridix算法,通过QuickLogic的Vialink专利编程技术,针对移动及便携式多媒体产品的行动模块推出了具备VEE(视频增强引擎)技术的Arcticlink II解决方案平台(见图4)。VEE技术通过有针对性地实时图像/视频数据,为移动系统中的视频媒体提供TV质量的观看体验。与传统的整体改善方法一伽马校对、CABC方法不同,VEE是基于背景感光、以像素为单位来调整图像的。该技术可以根据环境光照的效果调节屏幕显示,而不是简单地通过提高背景光强度改善日光下的可视性,这样不仅使用户得到全新的视频体验,更能让开发人员有效的节省电力。
此外,PolarPro VEE评测模块集成了一个板上环境光传感器,用来测试VEE技术对环境照明的响应,并自主控制VEE强度。评测模块还安装了一个Flash ROM,以保证当CSSP被配置到特定的LCD显示屏上时的VEE参数不变。一个板上开关稳压器可以保证评测模块可以使用移动设备的电源,且不受运行电压的限制,从而可以评测VEE对电池使用寿命的影响。
结语
三网合一等大趋势,会给FPGA带来很大契机,比如最初的手机只具备通话功能,现在手机可以上网、下载、照相,这就要求像素提高、传输速度越来越快、功耗越来越低。这种市场的不断变化、器件要求的不断变化、规格的不断变化带给FPGA更大的发展空间,FPGA面临很好的机遇及挑战。随着技术的进步,FPGA已经在功能、成本等方面取得很大的成绩。如果FPGA能在便携式及电池供电产品等方面有新的设计、新的作为,在功能、功耗、价格等方面满足客户的要求,FPGA将会开创一片新的天地。