Altera非易失FPGA如何在多领域提升系统价值

        非易失性FPGA以其低功耗、高性价比的特点在低成本FPGA市场中展露潜力。据Altera公司产品营销资深总监Patrick Dorsey介绍，全球FPGA一年的市场规模为50亿美元，其中低成本FPGA约为15亿美元，而非易失性FPGA则占低成本FPGA的三分之一，即不久的将来，其市场规模将达到5亿美元。
在硅片融合的趋势之下，器件数量的降低、系统级别的功能集成成为FPGA主要的技术方向。日前，Altera非易失MAX 10 FPGA已开始供货，据称，这是业界首款非易失、双配置的FPGA，结合了双配置闪存、模拟模块、嵌入式处理以及DDR3外部存储器接口等功能。与其他低成本FPGA相比，高度集成的非易失FPGA电路板面积锐减50%。


Altera公司产品营销资深总监Patrick Dorsey

MAX 10 FPGA是空间受限系统的高效解决方案
与传统FPGA（图1）相比，MAX 10进行了系统级别的集成，使其在整个系统中的价值得以最大化（图2）。首先，通过集成片内闪存，MAX 10 FPGA在不到10 ms内就可完成配置。对于系统管理应用，瞬时接通特性使得MAX 10 FPGA成为系统电路板上最先工作的器件，控制其他电路板元器件的启动。在数据通路应用中，瞬时接通特性支持MAX 10 FPGA在上电时提供积极的用户交互功能。


图1：传统的FPGA系统组成。


图2：MAX 10简化了传统的FPGA系统。

其次， MAX 10 FPGA集成的片内闪存支持双配置，在一个芯片中实现两个FPGA设计。利用双配置功能，器件可以完成失效安全更新，一个闪存模块指定用于更新镜像，而另一个模块保留用于“安全”工厂镜像。通过这一功能，能够更快地部署系统，降低维护成本，运行生命周期更长。
第三，MAX 10 FPGA集成包括ADC以及温度检测二极管的模拟模块。可用于需要系统监视的应用中（例如温度控制和触摸屏人机接口控制等）。集成模拟模块降低了电路板复杂度，减小了延时，实现了更灵活的采样排序，包括双通道同时采样等。


       
第四，MAX 10 FPGA支持Altera软核Nios II嵌入式处理器的集成，为嵌入式开发人员提供了单芯片、完全可配置的瞬时接通处理器子系统。利用集成在MAX 10 FPGA中的Nios II嵌入式处理器，器件可以用于复杂的控制系统中。
“MAX 10 FPGA（图3）在一个器件中集成了很多功能，满足了市场上对节省空间、降低成本和功耗的需求。早期试用计划的数百名客户已经认识到嵌入式闪存技术与可编程逻辑、模拟、DSP和微处理器功能相结合的优势，现在，所有客户都使用了MAX 10器件、电路板、IP和软件。”Patrick Dorsey说。


图3：更少的BOM，更小的PCB，可实现瞬时接通配置。

器件的集成功能结合小外形封装(仅为3 mm×3 mm)，使MAX 10 FPGA成为空间受限系统的高效解决方案，例如汽车和工业应用等。在高级通信、计算和存储应用中，MAX 10 FPGA能够有效地管理复杂控制功能，同时进行系统配置、接口桥接、电源排序和I/O扩展。
此外，MAX 10 FPGA使用辅助的Altera Enpirion电源器件，进一步提高了在集成和封装方面的系统总价值。Enpirion电源产品是高度集成的解决方案，可简化电路板设计，减少BOM成本。
MAX 10 FPGA系列产品使用TSMC 55 nm嵌入式闪存工艺技术，现已开始发售，相关评估套件和设计解决方案也可同步供货。多种设计解决方案包括了Quartus II软件、评估套件、设计实例，以及通过Altera设计服务网络(DSN)提供的设计服务，还有文档和培训等，有助于用户加速系统开发进程。
高集成度成为FPGA主要技术趋势
Patrick Dorsey表示，不论是低成本FPGA还是高端FPGA，越来越多的功能集成都是一个主要的发展趋势。与竞争对手相比，同类产品仅是将闪存和FPGA的晶圆封装在一起，并非真正意义上的单芯片，或者是产品本身是CPLD而非FPGA结构，其功能非常简单，没有DDR、PLL、Nios处理器以及数模转换功能，性能要远远弱于MAX 10 FPGA，高集成度是Altera的显著优势。
而除了器件本身的功能集成，FPGA也将越来越多地实现系统级的功能集成。例如基于Intel最新的封装技术，能够实现更高效的低成本、多晶圆的集成，这也意味着更多的系统级能力会被集成到FPGA系统中，FPGA也将越来越多地成为片上系统的一部分，其功能将会超越3D系统集成封装，迎来更大的市场空间。