东芝FFSA：可以替代并完全兼容FPGA

　　FPGA 由于开发灵活方便，以及早期投资少，已经广泛应用在各种应用上，但是FPGA也有很明显的缺陷，比如：单价太高，功耗太大，无法完全满足客户的要求，虽然有客户想使用ASIC来替代FPGA，但是由于昂贵的芯片制版费和近半年的开发周期，也对很多客户带来很大的不便。东芝最新推出的FFSA，就是结合了两者的优点，比如：单价和功耗都远远低于FPGA，比ASIC又远低的芯片制版费，还有近5周的芯片开发周期，由于可以做到完全兼容FFSA硬件，避免了客户线路板的二次开发，真正做到快速切换，使客户可以用FPGA做早期方案开发，待项目开发完成后，快速转到FFSA，以其低单价和低功耗的优点，应用到大批量的生产当中去。

　　FFSA技术的特点

　　FFSA平台源于东芝为各大领先公司提供超30年以上定制化SoC/ASIC的经验积累，仅通过4层金属层就可以实现定制金属掩膜层，快速生产FFSA器件，其可以优化500多个内核单元库，可以像存储器那样配置优化尺寸和性能；所采用的增强型单元架构可实现N+1代工艺节点FPGA的性能；具备可配置IO、PLL、DDR/LVDS PHY和多协议收发器；在设计方面，可以使用与ASIC相同的EDA工具和方法实现。此外，FFSA平台是一种可扩展性技术，扩展范围为65 nm-28 nm工艺尺寸。

　　如图1所示，FFSA平台由FFSA内核加存储器组成。内核区域包括门海结构和500多个标准单元库；存储器包括可由金属进行编程的单端口SRAM/双端口SRAM/FIFO/ROM。FFSA平台周围的IO可由金属编程，支持LVDS.DDR。收发器（串行解串器）支持多协议，可针对各协议通过金属进行定制。

图1：FFSA平台框图

　　如图2所示，与FPGA相比，FFSA在功耗方面有明显的优势。以340门FIR模块为例，东芝的40 nm和65 nm FFSA的频率分别为440和370MHz，而其他两款28 nm FPGA则分别为306和240 MHz。

图2：FFSA与FPGA功耗的对比

　　本文选自电子发烧友网6月《智能工业特刊》Change The World栏目，转载请注明出处。

　　上市时间和成本优势

　　除了满足对高性能、高规格和低功耗技术日益增长的市场需求，在产品寿命周期前所未有缩短的时代，可用的开发时间非常珍贵，只有能够满足要求且实现在试产即将开始前进行参数微调的解决方案，才能提高开发者的自由度和灵活性。

　　东芝认为，缩短生产周期和布局设计期，为客户提供生产周期非常短的样品非常重要。FFSA技术可大幅缩减产品的上市时间，同时保持标准单元ASIC在性能、功率、低单位成本方面的优势。具体体现在，与ASIC相比，FFSA上市时间（TTM）更快，单位价格更低，性能更高。此外，FFSA所需的开发时间更少，且开发成本也比传统ASIC低。

图3：FFSA与ASIC和FPGA相比的成本优势

　　东芝为IP配备了包括JESD204B在内的高速接口，JESD204B是一种用于提高PCB设计灵活性和降低BOM成本的新型高级接口。这种接口经过几次更新后越来越受瞩目，较之CMOS和LVDS接口产品在速度、尺寸和成本上更有优势，效率也更高。此外，引脚数量的减少也使得封装尺寸更小且布线数量更少，这些都让电路板更容易设计并且整体系统成本更低。因此，FFSA在企业网络产品应用方面具有优势，如微波回传和光纤主干网络。

　　FFSA的周转时间比较短，可以通过自定义只有少数金属层进行配置。东芝可用5周的短周转时间时间从Clean RTL设计出RTL的原型并交付样品，这个时间是传统ASIC所需时间的五分之一。在对于大量增长的产品及要求快速上市的产品而言，FFSA无疑是最佳适配的解决方案，可以帮助客户抓住市场机遇。

图4：FFSA与ASIC和FPGA的对比

　　东芝获独家授权使用Baysand技术，可通过定制少数金属掩膜层，生产出功能丰富、性能高且功耗低的FFSA。由于FFSA与FPGA兼容，客户可以将以前FPGA设计验证的RTL代码移植到引脚布局相同的FFSA上。

　　丰富的工艺节点

　　东芝已经推出了65 nm FFSA，很快将发布40 nm FFSA；同时也在考虑提供有片上高速收发器的FFSA。到目前为止，东芝的FFSA阵容已包括从28 nm、40 nm到65 nm的SA5、SA5S、SA6、SA6S和SA7几个系列，其中一些产品带有6.5 Gbps、12.5 Gbps和28 Gbps的收发器。图5是东芝FFSA的开发路线图。

图5：东芝FFSA开发路线图

　　前不久，东芝与半导体制造公司Globalfoundries合作生产FFSA产品。东芝将利用后者晶圆厂的生产扩大其FFSA业务，为客户提供最佳解决方案。首批产品将采用Globalfoundries 65 nm-LPe和40 nm-LP工艺制造，并计划将合作范围扩展到该公司的28 nm 高电介质金属栅极（High-K Metal Gate， HKMG）技术。

FFSA产品系列是东芝