FPGA和结构化ASIC强化高速串行通信功能

单向传输速率达到2.5Gbps的高速串行通信技术PCI Express正快速上升为PC产业界的新热点,PCI Express总线将取代目前的I/O(输出输入)接口,如用于服务器、工作站、台式电脑、笔记本电脑和通信设备等所有产品中连接设备的PCI总线,和连接图形卡的AGP8X接口。

不少工业分析家相信,2005年它将取代60%的PCI接口市场。英特尔也预计今年的PC、笔记本电脑、服务器、工作站、通信和嵌入式产品将广泛采用PCI Express,并正在全力推动跨平台、从上到下的向PCI Express的快速迁移。

这一技术发展趋势也对FPGA供应商的发展战略产生了相当大的影响。例如,Altera高级市场副总裁Jordan Plofsky最近接受本刊记者采访时表示:“今年我们将为Stratix GX、Stratix II GX、CyClone II和HardCopy II提供PCI Express接口支持。”这意味着Altera今年可望向用户市场提供PCI Express内核。

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Plofsky: Altera今年
可望提供PCI Express内核。

事实上,Altera早就在为此积极做着准备。就在今年二月份,Altera和PMC-Sierra公司合作发布了一整套基于Altera可编程逻辑和PMC-Sierra收发器技术的高速串行I/O解决方案。这一合作使得Altera低成本CyClone II FPGA、Stratix II FPGA和HardCopy II结构化ASIC的用户能够通过PMC-Sierra PM8358 QuadPHY 10GX串行/解串器(即SERDES收发器)将他们使用的器件无缝移植到高速串行协议系统中。这一组合解决方案使得用户能够应用时下流行的高速串行通信协议(如PCI Express、Serial RapidIO、10G以太网、光纤通道、通用协议无线接口等)来实现芯片间、PCB板之间以及系统间的通信连接。对习惯于FPGA/收发器方案的用户,Altera也提供了集成SERDES的解决方案。

PMC-Sierra公司市场总监Travis Karr也强调:“QuadPHY 10GX SERDES和Altera FPGA的结合能够为用户提供最具成本效益的解决方案,它支持速率在1.2至3.2Gbps之间的主要新兴串行协议。”

大多数台式PC和服务器供应商预计在近期将采用PCI和PCI Express两种插槽并存的方式,然后在一两年里逐步淘汰PCI插槽。PCI Express在笔记本电脑中的应用也在快速上升之中。

市场研究公司Insight64的分析师Nathan Brookwood表示,PCI Express总线的另一个好处是能够为用户提供更大的灵活性。PCI总线需要用户打开机箱插入各种硬件卡,而PCI Express总线允许PC整机供应商直接把连接逻辑制作到主板上,用户只需要简单地在机箱后面插入线缆就可以了。

另一主要FPGA供应商Xilinx目前已可向用户提供PCI Express内核,其Virtex II Pro FPGA集成了RocketIO 3.125Gbps收发器,完全可以支持单向通信速率为2.5Gbps的单通道PCI Express接口的实现。

随着FPGA成本的直线下降(目前最便宜的FPGA价格已掉到3美元左右),FPGA和HardCopy II结构化ASIC越来越多地成为开发中小规模ASIC和ASSP的用户的第一选择。Plofsky透露,目前不少IC品牌供应商开始直接采用我们的Stratix II FPGA和HardCopy II产品开发其ASSP。

Gartner在一份市场研究报告中也指出,大约65-70%的数字ASIC设计可以用HardCopy和HardCopy II来完成,这意味着HardCopy的市场可以在2006年达到150亿美元。

目前Altera密度最高的Stratix II FPGA可以开发最高220万门的ASIC,百万门ASIC的成本已只有15美元。HardCopy II结构化ASIC支持的最高工作频率为350MHz。

“验证是目前中国工程师在开发百万门以上FPGA时遇到的最大技术挑战,”Plofsky指出,“信号完整性和EMI/EMC问题也是主要的设计挑战,尤其当他们开发复杂和高速的FPGA设计时。”

2004年Altera最成功的产品是Cyclone,其全球付运量约达到了750万片,最大的应用领域是各种类型的TV,如LCD和PDP TV。在亚太市场,它主要应用在日本、韩国和台湾地区的消费电子产品中(如便携式多媒体播放机中)。

Altera大中国区总经理赵典锋也透露,Stratix已经在日本和韩国的电信基础设施产品中(如基站)进入了批量发货阶段,Stratix II目前也已中标了不少设计,预计在不久的将来Hardcopy II也可望进行批量交货阶段。

作者:陈路