可编程逻辑器件向批量化电子产品,尤其是消费类电子产品、电信和无线、以及计算机外设、工业和汽车等应用中渗透的步伐越来越快。“ Cyclone系列FPGA的出现改变了FPGA使用费用高、主要应用在细化市场或样机阶段的印象,”Altera公司亚太区副总裁兼亚太区行政董事李彬在最近举办的“Cyclone演示日”上表示,“在2003年全球260亿美元的CMOS数字逻辑市场中,可编程逻辑器件只有10%。低成本FPGA的推出,使我们有望去攻占其它ASSP和标准单元产品所占有的市场。”
今年6月底,Altera公司宣布将在明年初推出新款低成本FPGA——Cyclone II,这一消息使低成本FPGA器件的热点再现。
Cyclone II是Altera公司Cyclone系列的第二代产品。该产品将采用TSMC公司低K介质的90nm工艺制造,从而将产品成本较第一代降低30%,同时将逻辑密度提升3倍。
降低成本的关键
除了设计上的优化和采用软内核,Cyclone II成功地将成本降低30%主要得益于90nm工艺以及和TSMC的战略合作伙伴关系。
出于规避风险的考虑,通常会选择多家供应商作为合作伙伴,但Altera的做法是利用TSMC在全球不同地理位置的代工厂来达到这个目的。“先进的工艺技术以及和TSMC的良好合作是我们的竞争优势,” 李彬表示,“你可以想象如果一家Fabless同时将他的产品在两家代工,那么至少所需支付的掩模费用就要加倍,同时任何修改也会产生双倍费用。”
“到目前为止,Cyclone II是每逻辑单元(LE)成本最低的FPGA。它的成本只有竞争对手方案的一半,”李彬说,“从功能上看,新器件的密度是Cyclone第一代器件的3倍,因此体积大大缩小,尤其适合对空间要求严格的便携式消费电子应用。”
功能上的比较
Cyclone
ALT=""> II器件的容量由4,608至68,416个逻辑单元,还具有新的和增强特性,包括多达1.1Mb的嵌入存储器、多达150个嵌入18 X 18乘法器、锁相环、支持如SDR、DDR、DDR2和QDRII存储器接口,和单端、差分I/O电气标准等。
实际上,Altera的Cyclone II与Xilinx公司的Spartan-3有许多相似之处,充分反应了这两家FPGA巨头进军低价位FPGA的策略。
首先,它们都有32位的RISC软核:Cyclone II拥有每1,000逻辑单元成本低于1美元的经济型Nios II;而Spartan-3有MicroBlaze。李彬说:“Nios II是Cyclone II的核心。与我们前一代的Nios相比,Nios II用更少的逻辑单元实现了更高性能,还降低了成本。”Altera将其两代软核做了对比,结果显示Nios II只用了50%的逻辑单元就实现了2倍于Nios的性能。
其次,这两个低成本FPGA都具有片上时钟系统。Cyclone II最多含有4个模拟的PLL,可实现分频和倍频；Spartan-3有数字时钟管理器(DCM),工作频率可达25-325MHz。李彬说:“Cyclone II最多含有4个PLL和16个专门的时钟,可实现更佳的抖动性能,这对硬件设计来说至关重要。”
第三,它们都带有嵌入式的18×18乘法器,以便能进行DSP处理。据两家公司的资料显示,Cyclone II最多含有150个乘法器,可在250MHz下运行；Spartan-3最多有104个乘法器。乘法器的采用使FPGA具备了处理DSP信号的能力。
其它共同的特点包括集成了嵌入式RAM存储器块、拥有丰富的接口(如PCI、PCI-X、LVDS和RSDS)等。
与采用130nm的Cyclone相比,Cyclone II在功耗上没有多少改变。“的确,漏电流会导致90nm CMOS器件功耗增加,但我们很好的解决了这一问题。与Cyclone相比,Cyclone II的功耗没有明显的增加。” 李彬表示。
低成本FPGA挤占ASSP和ASIC市场
NRE费用、新标准以及不断缩短的生命周期使ASIC供应商面临严峻挑战,也让FPGA厂商看到了机会。“到目前为止还没有采用90nm工艺的ASIC器件,而只有FPGA。这是因为ASIC的开发风险和成本实在太高。与ASSP和ASIC不同的是,FPGA的客户还能拥有自己IP和设计专利。”李彬强调,“现在不能说FPGA会完全取代ASSP等,但可以说FPGA的增长速度将超过ASSP。”
FPGA厂商的努力已经得到了回报。Altera公司宣称,去年1月推出的Cyclone的发货量已经超过300万片,其中有100万片是用到了数字消费类电子领域。
Altera公司在“Cyclone展示日”中提供了近30个基于Cyclone的终端产品设计,包括便携式多媒体播放机、鱼群找寻器(fish finder)、测速雷达、PDP电视、DVD光盘复录机、视频前端设备、摩托罗拉的无线网络接入点设备等。李彬举例说:“摩托罗拉选择Cyclone的原因实际上是看中FPGA的硬件升级能力。因为设备装在用户家里后,如果需要进行升级,就可以通过互联网络对软核升级,无需派工程师到每家每户去修改硬件,可节省大量的工程维护费用。”展示产品中有一半的产品采用具有Nios内核的Cyclone器件。
通过MAX/MAX II、Cyclone/Cyclone II和Stratix/Hardcopy等不同系列的组合,Altera正在不断完善其低、中、高端产品的布局。
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