结构化ASIC：路越走越宽

在美国加州举办的 “Electronic Summit 2006”上，可编程逻辑器件领先供应商Altera公司首席执行官John Daane说，随着半导体技术的发展，CPLD器件已经不再是“奢侈品”，而是成为能够取代ASIC用于消费电子产品的器件。

一种新的技术或设计方案初期登场时，总是伴随着不同的争议，甚至竞争对手跳出来奚落一番也并不稀奇。4年前当结构化ASIC甫一问世，就有人声称它只不过是试图使濒临死亡的ASIC复活，这种尝试是注定要失败的。4年后随着结构化ASIC的不断发展，它不仅被业界逐渐认可，成为各种研讨会上热议的焦点话题，还被一些大型芯片供应商所采用，作为解决芯片快速上市或研发预算紧张等问题的对策。

结构化ASIC受老牌芯片供应商青睐

Altera公司是支持结构化ASIC发展的重量级厂商，HardCopy是其典型的结构化ASIC方案。据悉，目前其HardCopy产品占公司总收入的4%，预计两年之内会上升到10%?15%。而且, HardCopy系列是目前Altera成长最快的产品线，LG、Philips、摩托罗拉和NEC等国际知名厂商都已经成功在其产品设计中采用了HardCopy方案。而最近加入到HardCopy用户之列的是老牌半导体厂商TI，该公司已在其数字光处理器（DLP）芯片组中选用了HardCopy结构化ASIC。在此之前，英飞凌宣布采用HardCopy开发了一款面向Ethernet-over-Sonet(EoS)应用的器件。

市场调研机构更是表示看好结构化ASIC的市场前景。据Gartner预测，到2008年，结构化/平台化ASIC市场的年均综合增长率将达到82%。而In-Stat公司也预计，结构化ASIC市场在2009年将增长到25亿美元，而这一数字在2004年仅为2亿美元。

结构化ASIC发展的市场驱动力来自于消费电子市场的变化。消费电子市场变化日益加快，需要生产周期也越来越短的特性，迫使IC卖主必须在尽可能短的时间内设计出满足客户需求的器件，同时还要给客户留有更多灵活性。CPLD技术的发展使其成本降低到消费电子产品可以承受的范围，其灵活的性能为器件厂商赢得了宝贵的上市时间。

Daane表示，目前的 PLD 与最初的可编程逻辑器件大不相同。过去的 PLD 仅是一种原型平台，而目前的可编程市场产品种类多种多样。从适合简单粘贴逻辑型应用的低密度、低成本 CPLD 直至 FPGA，其中包括的逻辑元件从 2,000 到 180,000 个不等，价格从不足 2 美元到 1,000 美元不等。目前的最新型 CPLD 借鉴了FPGA 架构的特性，随着设计工程师将把 CPLD 设计推进到一个新的高度，CPLD 和 FPGA 之间的界线在2006年以后还将继续模糊。

Daane 进一步指出，在发展迅速的消费类市场上，Altera低密度Cyclone系列器件以及高密度Stratix FPGA和HardCopy系列结构化ASIC逐步得到了认可。Altera可编程解决方案逐渐受到欢迎的典型案例是Sanyo背投电视和家庭娱乐LCD投影仪PLV-Z4采用了Stratix器件。利用Stratix FPGA嵌入的Nios II处理器，Sanyo开发了低成本的高级图像处理和增强功能——这是ASSP、昂贵的ASIC和传统处理器难以实现的。

在ASIC和FPGA之间找到第三条路

在过去相当长的时间内，ASIC和FPGA一直是电子设计的主流技术，二者不同的技术特征造就了它们应用于不同的市场——ASIC被用于大批量的专用产品，以尽可能摊薄高额的设计与制造成本，实现良好的性价比；FPGA虽单价昂贵，但由于其可编程的灵活性广受小批量应用的青睐。但近年来半导体市场发生了显著的变化，打破了二者之间的平衡，产品面市时间的压力加之对产品设计的快捷性和灵活性要求的提升，使得FPGA的发展势头强劲,但是原有FPGA架构固有的弱点——如功耗高、速度慢、资源冗余、价格昂贵等使其在面对复杂功能设计的要求时还是会感到吃力，因此人们开始考虑通过技术上的融合在ASIC和FPGA之间找到一条“中间道路”，在其中，结构化ASIC可以说是最成功的尝试。

比如，Altera推出的结构化ASIC方案——Hardcopy,是一种把FPGA转换为ASIC的平台，用户可以使用Stratix FPGA进行原型验证，一旦设计稳定，可以用Hardcopy来直接替代FPGA进行生产，成本降低70%，而且不用更改电路板。由于结构化ASIC兼具有标准单元ASIC的性价比和FPGA低风险的优势，并大大简化了设计过程，因此被某些分析师看作是最有希望的新一代半导体器件。

In-Stat的ASIC/ASSP首席分析师Jerry Worchel认为，“如果你寻找一种高复杂度但需求量小的芯片，FPGA是不二选择。如果你需要1000至20000单元，而成本要在你的系统预算约束内，则FPGA也是一种好方法。但你肯定不会买10万单元单价5美元的FPGA,这就是结构化ASIC的市场了。”

频率和功耗之间的平衡

从半导体设计及制造方面来说，由于芯片工业几近达到功耗和密度的极限，这迫使半导体厂商必须找出变通之道。Altera开发了使用65纳米工艺的可编程硅架构，客户可以根据自己的应用选择频率和功耗的组合。Daane在接受记者采访时说：“功耗是芯片设计的一个关键因素。能量损耗是我们遇到的一个大问题。单靠降低电压已经不能解决问题了。由于不能再降低电压，提高密度和频率也就不容易了。”

所以Altera提出了“性能够用即可”的理念。也就是说客户可以在一个架构中为具体应用选择所需的频率和功耗级。Altera把这称为功耗优化设计。

Daane认为,可编程逻辑需要较高的工艺水平。他说：“我们比其他无厂房半导体公司有更多的工艺工程师。”据Daane说，在工艺技术上高投入的结果是，Altera公司90纳米产品的利润高于公司的平均利润水平，而竞争对手Xilinx曾公开表示其90纳米产品的利润低于公司的平均利润水平。