FPGA加速渗透非传统应用领域

FPGA|0">FPGA做为可编程逻辑器件(PLD|0">PLD)的主要产品，在通信、消费电子、汽车电子、工业控制等领域得到迅速应用，客户的认知程度越来越高。

　 同时，FPGA不断向ASIC、ASSP、DSP和嵌入式产品的传统领域渗透，FPGA开发工具及测试厂商实力日益增强，加之全球领先的代工厂台积电、台联电等的鼎力支持，FPGA产业环境渐成。本报特推出可编辑器件白皮书，全面展示该领域领袖厂商Xilinx、Altera、Actel的风采，介绍其最新产品和最新应用，并回顾FPGA产业的发展历史，为未来产业的发展抛砖引玉。白皮书将全面介绍FPGA开发工具及测试厂商的产品，力求呈现全景式的可编程逻辑产业。

　 自从1985年首款FPGA器件诞生以来，FPGA产业一方面修炼内功--从技术上来说，工艺从2μm发展到65nm，晶体管数量从8.5万个增长到10亿个以上；另一方面向外扩张--应用领域从最初的通信业不断向消费电子、汽车、工业控制等渗透，同时在不断"蚕食"DSP、ASIC、ASSP和嵌入式处理器的市场。如今，Xilinx、Altera和Actel等FPGA产业的领导厂商也不再是20多年前的孤军奋战，在其周围，FPGA开发和应用的生态系统已然初步形成，大大促进了FPGA产业的发展。

　 "非传统"应用领域显身手

　 通信业一直是FPGA产业最重要的应用领域，2006年，通信业应用收入占Altera公司总收入的42%，公司预计未来在通信市场仍然将占据总销售的最大百分比。占据FPGA产业超过一半市场份额的Xilinx公司同样如此，在2000年左右，通信业占据公司总销售收入的70%以上。既然如此，如今的FPGA厂商为什么要进入消费电子、汽车和工业控制等新兴领域艰难开拓新市场呢？

　 一方面，正如Xilinx(赛灵思)公司亚太区营销董事郑馨南在接受《中国电子报》记者采访时所言："2001年的IT产业泡沫破裂是一个重大的里程碑，它是我们认识到不能完全只依靠通信业，公司开始开发多元化产品并进入新的领域。FPGA的增长已经出现缓和的迹象，因此必须要进入新的市场。"

　 另一方面，消费电子等新兴产业对产品及时上市、降低生产成本、更高的性能与更多的功能，在所在市场保持合理的功耗等要求恰恰是FPGA产品的强项。因此，基于上述原因，FPGA在新领域的应用就是水到渠成的事情了。Altera2002年首次推出了从根本上就针对低成本进行设计的FPGA即Cyclone系列，改变了可编程逻辑器件的面貌。随着65nm Cyclone III系列的推出，Altera进一步扩展了低成本FPGA的应用领域。

　 如今消费电子领域的系统设计人员越来越重视功率问题。低功耗FPGA市场成为一个展露潜力的庞大市场。根据iSuppli市场预测，在约200亿美元的ASIC市场中，有高达30亿美元的份额将转向低功耗FPGA解决方案，如Actel以Flash为基础的ProASIC3和IGLOO FPGA，IGLOO FPGA静态功耗仅为5μW，比同类竞争产品低4倍。成本低于10美元，常作为ASIC替代产品。据Gartner Dataquest预测，全球面向消费电子产业的FPGA/PLD市场规模将从2007年的4.05亿美元增长到2011年的6.47亿美元。

　 Actel公司总裁兼首席执行官John East指出，过去，汽车工程师通常依赖于微控制器(MCU)和定制ASIC产品来实现和控制汽车上的电子系统以及扩展新一代汽车的功能。与MCU相比，FPGA可让汽车设计人员实现更好的性能，更多的功能(如I/O、可编程逻辑等)。类似地，与ASIC产品相比，FPGA的成本更低、灵活性更高。在三种主流FPGA技术(反熔丝、Flash和SRAM)之中，只有反熔丝和Flash技术能抵御中子诱发的软错误和固件错误，最适合那些重视可靠性的应用。Actel的反熔丝、Flash的FPGA器件是提供面向极端环境条件的高性能和高可靠性产品。

　 基于这些因素和其他方面的考虑，Gartner Dataquest估计全球面向汽车产业的FPGA/PLD市场规模将从2007年的9300万美元增长到2011年的3.98亿美元。

　 事实上，2006年，工业市场是Altera公司业务增长最快的领域，增长率达到20%。而Xilinx公司通信业务所占的比重也呈下降趋势。

　 DSP和嵌入式应用成热点

　 赛灵思公司副总裁兼处理解决方案部总经理Omid Tahernia在接受《中国电子报》记者采访时坦言："在2004年加入赛灵思公司之前，我也认为FPGA非常适用于原型设计，但对于批量DSP系统应用来说，成本太高，功耗太大。然而，没过多久，我源于DSP视角的看法就被大大地并且不可逆转地改变了。"

　 实际上，由于在性能和灵活性方面的完美组合，FPGA在DSP领域的应用越来越普遍，诸如通信、多媒体和国防行业等高增长的市场都非常需要高性能的DSP技术。这些市场的特点在于始终处于连续的变化之中，不断变化的标准、市场需求、客户需求以及竞争态势。要跟上市场变化，企业就需要一种强大且灵活的处理器--FPGA就是这种特别适合的技术。

　 那么，FPGA这一外来者与传统意义上TI(德州仪器)等公司的DSP产品是否将展开你死我活的争斗呢？DSP市场研究机构Forward Concepts的分析师Will Strauss预测：未来5年内，可重配置DSP(99%是FPGA)市场增长速度将超过DSP整体市场中的任何其他部分。Strauss还指出：FPGA经常被用来分流承担大量计算任务，帮助提高传统DSP芯片的能力。换句话来说，FPGA并非替代DSP。相反的是，功能和性能都不断增强的FPGA为DSP技术开拓了新市场。

　 对此，TI首席科学家方进在接受《中国电子报》记者采访时表示认同。他说："目前两者的应用领域并不完全相同，我们和Xilinx保持了良好的合作关系，至少在短期内不会产生竞争。"郑馨南则表示，在DSP领域公司和TI合作得很好，Xilinx的DSP是并行处理，功能很强，具有很高的性价比，高性能和低功耗应用最为合适。"TI的多核DSP也将不断提升性能，而我们也会向性能要求较低的领域发展，未来可能将呈现应用的交叉。"郑馨南预测。

　 Xilinx公司首席执行官Wim Roelandts表示公司很早就开始重视DSP和嵌入式应用，并开发出不同的工具来应对DSP和嵌入式开发设计人员的需求。今年推出的Virtex-5 SXT平台主要面向要求超高DSP带宽和更低系统成本的下一代无线、国防和多媒体视频应用。Spartan-3A DSP平台以低于30美元的批量生产起价，提供了超过30GMAC/s的性能和高达2200 Mbps的存储器带宽。

　 英雄所见略同。Altera公司首席执行官John Daane在接受《中国电子报》记者采访时表示，Altera的市场领域不仅仅是FPGA，还扩展到了ASIC、嵌入式和DSP市场。Stratix III E系列型号提供丰富的存储器和乘法器资源，适合数据处理应用。