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FPGA近期市场特点
Gartner公司主要负责半导体预测和 FPGA的副总裁兼首席分析师Bryan Lewis在接受采访时认为,最近FPGA市场有这样几个显著特点:(1)2009年2和3季度,FPGA失去了在PC和移动电话市场的发展;(2)军事和无线基站成了2009年FPGA最好的市场;(3)2009年FPGA市场有小幅的下降(如图1),但是之后会持续稳固地增长。 在中国市场,FPGA主要大量地应用于强劲增长的军事和通信市场(图2)。 Bryan一针见血地指出了FPGA/CPLD供应商的主要机会:低功耗FPGA—便携式消费电子中低功耗仍然是件大事;替代ASIC方面,主要在工业和汽车领域开展;在替代MCU方面,主要是在汽车领域展开,价格很重要;低成本将在很长一段时间努力后实现,但是FPGA的利润空间将是FPGA厂商关注的;Xilinx给外界的印象是在走SoC平台路线。 FPGA技术市场趋势 首先,可编程势在必行。 FPGA已经被应用于系统的核心。无论是用于完成关键功能还是直接作为系统核心,今天的FPGA所提供的性能、功耗和容量,都已经达到甚至超过此前ASIC或ASSP的水平。 “FPGA平台渐成系统核心的发展趋势受到几大因素的影响,”赛灵思(Xilinx)公司亚太区市场及应用总监张宇清分析道,“包括设计领域不断增长的ASIC开发成本,对系统复杂性和高性能的要求,不断缩短的产品生命周期和上市时间,变化莫测的标准/协议,以及产品平台最小化带来的成本优化,对产品差异化设计的需求,晶圆代工策略等。最后但同样重要的还有FPGA开发中的IP的创新。越来越多的大批量产品通过FPGA设计生产出来, 使得FPGA的概念完全跳出了以前的胶粘逻辑或原型设计应用的概念。我们相信,除了特大批量应用(如手机等),FPGA已经成为大部分应用市场的最佳选择。” 摩尔定律的持续有效使芯片密度和性能持续提升,同时也在开发和生产复杂性方面带来巨大挑战。赛灵思和业界人士普遍认为在发展传统ASIC和ASSP的同时,下一代系统设计中将越来越多地采用FPGA。同时,根据Gartner的预计:2008年新开工设计中,采用FPGA的设计与采用ASIC的设计比率为25:1,更进一步显示出在可预见的未来,可编程成为设计的必需。 爱特公司(Actel)亚太区总经理赖炫州分析了ASIC/ASSP业务模式的困境:安装复杂性高、成本高;300mm晶圆厂成本飙升,45nm工艺节点要花费40亿美元(如图4),32nm工业节点花费80亿美元;全球市场不断变化,给ASIC/ASSP模式带来压力,每项设计成本为5000万~1亿美元,只有少数10亿美元市场能够支持投资回报率(ROI);风险投资正在缩减。 但是,从FPGA使用者角度考虑,FPGA方案设计完成后,由于FPGA供货问题,有时不能立即拿到某些FPGA批量产品;或者发现另外一家FPGA企业的产品价格更低或性能更合适,但想转换到另外一家企业的产品就有困难,通常从FPGA硬件到开发板、软件环境都要全面更换。为了解决这个问题,不供应FPGA芯片的独立的第三方开发板供应商的优势就显现了,例如Altium NanoBoard 2系列开发板及Altium Designer设计工具,可使工程师快速开发和PCB布线,自由地采购FPGA厂家的芯片。 但是,NanoBoard 2的成本又上去了,需要上万元人民币。因此,Altium NanoBoard 3000应运而生,其特点尽管又是针对某公司某款FPGA,但是价格只有4000元人民币以下。另一个突出特点是设计人员可在事前不具备任何FPGA专业技术的情况下,在FPGA内部构建基于“软”处理器的优异系统。 David总结道,设计师们正在寻找新的方法来减少FPGA开发方案固有的复杂性以及对专业技能的要求。目前的发展方向是高层FPGA开发系统,该系统避免了使用难懂的HDL的需要,并减少了对有关底层元器件架构的知识要求。该方案也使FPGA设计向许多新的主流设计师打开了大门,包括传统的硬件工程师、软件开发人员以及新一代系统设计师。 高、中密度FPGA值得关注 “FPGA正不断追求生产更大、更快(因此要求功率更高),”Lattice(莱迪斯)半导体公司副总裁Douglas Hunter认为FPGA高密度和中密度正在全面发展。这表现在:(1)FPGA产品继续主导着高端设备的发展——自FPGA开始出现实际上就一直是这种情况。今天,这种趋势则侧重于寻求不同的方法来构建这些较大的设备。(2)但对低端产品而言,继续强调低功率和低成本设备的开发。但是,在许多情况下,这些产品几乎等同于已去除了大多数性能和特点的高端设备。遗憾的是,对此类设备的价值主张总是“花得少,得到的就少”。(3)行业发展中最令人感兴趣的是中等密度(10k~200k LUT)FPGA产品的出现。这些设备在提供许多高端产品特征的同时,还保持了低功耗、低成本的特点。Lattice半导体公司的方法是开发使客户花钱更少的中等密度设备,但这并不意味着要牺牲其应用所需要的性能和特点。例如,LatticeECP3中等密度FPGA系列产品的特点是:逻辑密度为17k~149k LUT;16个3.2Gbps SERDES通道;数据速率范围为250Mbit/s~3.2Gbit/s,以及最大存储量可达6.8M位的嵌入式RAM存储块。但是,ECP3的成本和消耗的功率都只是高端FPGA产品的一半。 追求更低功耗 各家公司都把低功耗作为产品的研发方向。Altera和Xilinx两家FPGA巨擎,都在向40/45nm进军,在密度增长、成本降低的同时,也可以大幅降低功耗。另外值得一提的是:有特色的是中型FPGA公司——Actel,2008年在FPGA业界平均增长不到5%的情况下,该公司增长了11%,是唯一双位数增长的FPGA供应商。Actel的两个战略之一就是专注于开发基于快闪技术的FPGA器件(另一个战略是正在创建全新的混合信号FPGA市场,瞄准基于微控制器的应用和嵌入式设计。)。而这些快闪FPGA 所提供的低功耗、高可靠性和高安全性优点,都是SRAM FPGA所难以比拟的。 注重安全性 随着FPGA的单价大幅度降低,功能却在大幅地提升,所以有很多的功能已经集合到FPGA里面,包括存储器、IP等,因此防止IP剽窃和篡改也成为一个不容忽视的问题。Altera今年6月上市的Cyclone III LS FPGA[3]不仅在单位面积电路板上具有密度较大的逻辑、存储器和DSP资源,功耗很低,而且保密性也可圈可点。 据Altera亚太区产品市场经理张洵瑜介绍,Cyclone III LS的安全特性包括全面的信息安全保障设计包,支持防篡改、设计安全和设计分离功能。为保护非常敏感的信息,Cyclone III LS FPGA的防篡改特性包括JTAG端口保护、篡改监视和循环冗余校验(CRC)等功能。这些器件还提供其他层面的保护,包括用于实现设计安全功能的成熟可靠的工业标准AES 256位密钥等。在对体积、重量和功耗要求较高的应用中,Cyclone III LS FPGA的设计分离特性将逻辑、走线和I/O块分开,在一个芯片中实现了非常可靠的安全保障和工业安全应用。 Cyclone III LS FPGA适合工业应用,特别是运动控制、工业以太网和工业安全等。设计分离特性还降低了安全应用的系统功耗,提高了集成度,同时支持设计冗余功能。 |
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FPGA企业的竞争法宝与战略
Xilinx:创新和以客户为中心, 是赛灵思公司制胜的法宝。FPGA就是赛灵思共同创始人之一Ross Freeman发明的。 赛灵思公司提供基于新一代40nm 高性能 Virtex-6, 以及行业唯一45nm大批量应用Spartant-6产品系列解决方案,通过其目标设计平台战略,以大范围的领域优化支持架构、大型的IP库和生态合作伙伴系统,以及高质量的产品和解决方案。 Lattice:主要赢在了三个优势上:设计、方便和创新。在设计上,Lattice针对特定的目标进行产品设计,以满足客户的特定需要。例如,与许多具有竞争力的设备不同,这些设备仅仅是更高端产品的衍生产品。ECP3系列产品在设计上则采用了可变的通道长度、优化的功率晶体管以及经过改进的布线缺省值和算法,以满足市场对一方面具有高端性能的需求,另一方面又满足成本低、功耗小的FPGA产品的特定需求。 Actel:定位为成为业界功耗最低的快闪FPGA供应商,唯一提供混合信号的FPGA供应商。Actel在低功耗尤其是静态功耗方面,主要优势采用了快闪FPGA技术路线;而其他主要厂商产品是SRAM FPGA。快闪FPGA具有固有的低功耗特性,因为典型的SRAM单元需要6个晶体管时,快闪单元只需要1个晶体管。因此,可以看到Actel产品的晶体管数目较少(密度较低),虽制程没有转到非常先进之上,但也实现了超低功耗,十分适合便携式产品应用。 Actel Fusion器件是混合信号FPGA,它基于快闪技术的FPGA;可选ARM Cortex-M1嵌入式处理器核;拥有先进的时钟性能;混合信号可配置模拟功能,诸如高精度A/D、监控温度、电压和电流、模拟I/O。 Altera:Altera是第一家推出40nm工艺FPGA公司。在Altera 2009亚太技术巡展上,展示的产品包括Stratix IV FPGA、HardCopy IV ASIC、Arria II GX FPGA、CycloneIII FPGA、Quartus II开发软件、IP以及解决方案,介绍他们如何克服当今高端数字系统设计挑战,以及Altera的数字信号处理(DSP)和嵌入式设计方案。 Altium:Altium选择从头开始开发一种先进的电子产品设计解决方案Altium Designer,该方案将硬件设计、可编程硬件设计与软件开发整合进了一个单一的应用及设计环境。该开发系统与独立于目标FPGA类型及供应商的大型现成IP数据库(免专利权使用费)相捆绑,该数据库提供了设计师快速开发先进设计所需的所有主要要素。为完善电子产品开发周期,Altium还提供了一个低成本的智能FPGA硬件开发板——NanoBoard板,它可以与Altium的设计软件进行沟通和协作。该开发板具有插件式外设硬件接口板并支持FPGA器件供应商选择,它与设计软件一起为克服基于FPGA设计(将会成为未来的智能及高度互连的电子产品)的开发、原型设计和部署所面临的挑战提供了一种独特的解决方案。 |
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基于采用FPGA控制MV-D1024E系列相机的图像采集系统设计
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