俗话说,高手对垒,不需直接过招,看似不经意间的一两句,就可直抵对手软肋。在不久前相继在深圳、北京和上海三地举行的第十二届国际集成电路研讨暨展览会(IIC-China 2007)上,在现场可编程门阵列(FPGA)市场分别占据第一、第二和第四位置的三家供应商,就上演了这么一场高手同台竞技的好戏。
在这期间,赛灵思(Xilinx)发布了该公司最新的FPGA平台,而Altera和Actel不约而同地提前解密了它们稍后会正式发布的新产品或新技术。虽然没有直接“攻击”竞争对手,但各公司所强调的自己的一些独特优势,无疑又是在点出对手的一些相对不足之处。
实际上,在当今越来越红火的消费电子市场,数字产品正在集成更多的功能,需要支持更多的业务和和多变的标准,并面临着越来越紧迫的上市时间压力。在这种情况下,凭借可编程逻辑技术的灵活性和通过先进工艺实现的更低成本,FPGA供应商越来越多地发现它们在这个领域正面临着越来越多的机会。另一方面,中国已经成为全球最大的IC消耗市场,对许多半导体公司来说,中国市场贡献的营收比例正在节节攀登。
Altera:一马当先
继2002年首次推出第一代Cyclone低成本FPGA,并于2005年推出Cyclone II之后,在IIC期间,Altera的消费、汽车和广播业务部副总裁区伦伟透露,该公司在IIC之后很快就会推出Cyclone III系列。区伟伦强调,这是业界首款采用65纳米工艺技术的低成本FPGA,由8个型号系统组成,含有5K至120K的逻辑单元(LE)、288个数字信号处理(DSP)乘法器,存储器容量达到7Mb。据悉,目前已有250多名早期试用客户在其设计中采用了Cyclone III。
众所周知,对于FPGA来说,它在带来更高灵活性的同时,也带来了相对较高的功耗。因此,各大FPGA供应商纷纷在降低功耗方面做文章。以Cyclone III为例,Altera强调,其功耗比采用90纳米工艺的Cyclone II系列降低了50%,并且比竞争的FPGA低出75%。而就Cyclone III自身而言,其在25℃结温时的内核静态功耗低至35mW。
具体而言,它采用了哪些措施来降低功耗呢？区伦伟表示,首先,Cyclone III系列是Altera首次利用全球晶圆代工龙头台积电(TSMC)成熟的65纳米(9个金属层、全铜)低功耗(LP)工艺技术,在300毫米晶圆上生产。该工艺针对便携和消费类市场进行了精确调整,具有极低的静态功耗和动态功耗。另一方面,为了方便客户利用Cyclone III来启动设计,Altera也提供了订购版和免费版的Quartus II软件7.0版。而利用Quartus II开发软件的PowerPlay技术,客户可对设计进行自动分析和优化及降低功耗,同时满足了时序和性能要求。此外,Cyclone III支持热插拨操作,因此在零电流时,可以关断不工作的I/O块。
赛灵思:后发制人？
作为行业领头羊,赛灵思早就开始以其Spartan系列耕耘于低成本FPGA市场。不同于以前FPGA应用领域太过广泛的问题,该公司声称,其Spartan-3是业界唯一面向不同领域优化的低成本/大批量FPGA,可满足网络边缘(edge)应用对成本和灵活性的要求。具体而言,该系列FPGA目前包括针对最高密度和引脚数应用的Spartan-3、针对逻辑优化的Spartan-3E和针对I/O优化的Spartan-3A。
而在此次IIC期间,赛灵思推出了据称是业界首款的90纳米非易失性FPGA解决方案——Spartan-3AN。实际上,在非易失性FPGA方面,在赛灵思之前,Actel和Altera等公司早就推出了各自方案。所以,在上市时间方面,Spartan-3AN在同类产品中可谓姗姗来迟。尽管如此,赛灵思亚太区营销总监郑馨南强调,该公司的3AN主要靠“高集成度”来取胜,并通过这种方式来实现在非易失性FPGA领域的“后发先致”。
图:赛灵思Sparton-3AN可由用户定义的设计认证流程
以3AN系列中的XC3S200AN为例,它集成了4,032个逻辑单元,内建了16个18×18乘法器,具备4个锁相环/数字时钟管理器(PLL/DCM),集成了288kb的块RAM、28kb的分布式RAM和2Mb的用户闪存。该公司称,与主要竞争产品相比,3AN在集成度方面的指标要高出一大截,有的甚至高出数百倍。此外,3AN支持10万次的闪存擦/写次数,支持多达26种I/O标准,据称也高于同类产品一大截。而在工艺技术方面,3AN所采用90纳米工艺也比主要竞争产品采用的130纳米和180纳米工艺先进1至2代。
除此之外,3AN还有不少独到之处。例如,在电源管理方面,赛灵思声称,3AN是业界第一款提供双电源模式管理的90纳米非易失性FPGA。其中,在待机模式,其静态功耗降低了40%,适合于低占空比的显示功能应用；在休眠模式,其静态功耗降低多达99%,适合于网络电视等按次付费的数据传输业务。
3AN据称也是第一个支持多种配置的非易失性单芯片FPGA解决方案,其内部内存可存储多达两个完整的配置文件。赛灵思亚太区通用产品部总监张宇清表示,这就使得一个芯片可以支持两个完全不同的功能,从而提供了让客户先试用后购买的可能性。这种模式类似于软件行业中的先提供部分功能给用户试用,到一定期限之后再要求用户付费继续使用,但对FPGA领域来说,“这是一种全新的商业模式,”张宇清强调。
Actel:强援撑腰
众所周知,ARM作为一种工业标准的32位处理器内核获得了极为广泛的应用,ARM生态系统中所具备的众多开发工具、大量编程代码和广泛的行业知识和技术支持,能帮助客户缩短设计周期,并降低设计风险。另一方面,根据本刊的姐妹刊物美国EETimes于2006年进行的一项有关FPGA的调查,愿意采用内嵌工业标准处理器内核的FPGA的受访者的比例为30%,而这一数字预计今后将提高到70%。作为FPGA领域相对较小的一个玩家,Actel选择与ARM进行合作可谓水到渠成。
而在此次IIC期间,这两家公司就联合宣布,双方共同开发了专为FPGA应用而优化的高性能32位处理器软核ARM Cortex-M1,适合于Actel基于闪存的低成本M1 ProASIC3和高端的M1 Fusion器件应用。实际上,在这之前的2005年,Actel就推出了用于其FPGA的ARM7处理器软核。而在ARM推出新的Cortex体系架构以后,双方的合作又向这方面进一步挺进。ARM公司中国总裁谭军博士表示,以前ARM软核都是针对ASIC进行了优化,因为考虑到客户要将其硬化。他强调,Coretex-M1采用三级冯·诺伊曼结构,是首款针对不同的FPGA类型进行了RTL优化的ARM处理器软核,具有高可配置性。
此外,Actel应用解决方案高级市场总监庄正一表示,Coretex-M1核面向嵌入式应用,在规模和速度之间取得了平衡,其工作频率达72MHz,并且是以极少的4,300个逻辑单元(tile)就可实现,约占一个M1A301000 ProASIC3器件容量的20%,或一个M1AFS600混合信号Actel Fusion可编程系统级芯片容量的30%。
庄正一强调,在ASIC设计成本越来越高的今天,采用基于Coretex-M1处理器软核的FPGA将使设计人员受益,因为该方案能够缩短SoC的开发时间,并降低成本,尤其是对较低批量的产品而言,而对超高批量产品的设计,Coretex-M1可运行工业标准的Thumb指令集,并上行兼容Coretex-M3,因而可轻松转向ASIC设计。
不同FPGA产品的共同目标
根据市场研究公司Gartner Dataquest的预测,2004年至2010年间可编程逻辑器件市场的年复合增长率达到15.9%,以其以汽车行业(49.7%)和消费类(24.4%)增速最高,且这些应用对成本非常敏感。尽管Altera、赛灵思和Actel在此次IIC-China期间具体发布的产品或技术各不相同,但都不约而同地将眼光瞄向了这些成本敏感型应用,其中犹为消费类应用为甚。
以Altera为例,该公司的Cyclone III主打的就是显示、图像和视频处理,以及无线基站、软件无线电等专业应用。Altera声称,多种低成本封装选择以及低成本并行闪存配置器件,使得该公司能够提供成本最FPGA解决方案。据了解,该系列FPGA的起价低至4美元,并且已经开始供货。
在赛灵思方面,其Spartan-3AN主要面向机顶盒、高清电视和无线基站等应用。该系列器件将于今年末开始大指量生产,其中包含4,000多个逻辑单元和195个I/O的型号的销售单价为4.90美元,从而将成本“全球第一款价格不超过5美元、提供4Mb用户闪存的高集成度非易失性FPGA产品”。
而在Actel方面,其Coretex-M1适合于便携式/消费电子产品、汽车和工业等应用。对于客户而言,客户购买其M1 ProASIC3或M1 Fusion FPGA即可,无需专门的ARM内核授权费用,并且无需协商合同,从而降低了客户的入门成本。
作者:周志明
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