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FPGA的技術市場特點
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標題：FPGA的技術市場特點
1樓
wangxinxin
發表于：2010-11-19 11:23:11
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隨著FPGA硬件成本的大幅降低，以及平臺化和生態系統的逐漸完善，FPGA正在<font color="#0000ff">電子</font>設計中扮演越來越重要的位置[1]。 FPGA近期市場特點 <img class="" height="309" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114343639.jpg" width="310"/> Gartner公司主要負責<font color="#0000ff">半導體</font>預測和 FPGA的副總裁兼首席分析師Bryan Lewis在接受采訪時認為，最近FPGA市場有這樣幾個顯著特點：(1)2009年2和3季度，FPGA失去了在PC和移動電話市場的發展;(2)軍事和無線基站成了2009年FPGA最好的市場;(3)2009年FPGA市場有小幅的下降(如圖1)，但是之后會持續穩固地增長。 <img class="" height="203" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344621.jpg" width="306"/> 在中國市場，FPGA主要大量地應用于強勁增長的軍事和<font color="#0000ff">通信</font>市場(圖2)。 <img class="" height="302" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344291.jpg" width="255"/> <script type="text/javascript"> function ImgZoom(Id)//重新設置圖片大小 防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w < m) else{ var h = $(Id).height; $(Id).height = parseInt(h*m/w); $(Id).width = m; } } window.onload = function() { var Imgs = $("content").getElementsByTagName("img"); var i=0; for(;i<imgs.length;i++) { ImgZoom(Imgs[i]); } } </script/> Bryan一針見血地指出了FPGA/CPLD供應商的主要機會：低功耗FPGA—便攜式消費電子中低功耗仍然是件大事;替代AS<font color="#0000ff">IC</font>方面，主要在工業和汽車領域開展;在替代MCU方面，主要是在汽車領域展開，價格很重要;低成本將在很長一段時間努力后實現，但是FPGA的利潤空間將是FPGA廠商關注的;Xilinx給外界的印象是在走SoC平臺路線。 <img class="" height="295" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344986.jpg" width="315"/> <strong> FPGA技術市場趨勢</strong> 首先，可編程勢在必行。 FPGA已經被應用于系統的核心。無論是用于完成關鍵功能還是直接作為系統核心，今天的FPGA所提供的性能、功耗和容量，都已經達到甚至超過此前ASIC或ASSP的水平。 <img class="" height="250" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344352.jpg" width="207"/> “FPGA平臺漸成系統核心的發展趨勢受到幾大因素的影響，”賽靈思(Xilinx)公司亞太區市場及應用總監張宇清分析道，“包括設計領域不斷增長的ASIC開發成本，對系統復雜性和高性能的要求，不斷縮短的產品生命周期和上市時間，變化莫測的標準/協議，以及產品平臺最小化帶來的成本優化，對產品差異化設計的需求，晶圓代工策略等。最后但同樣重要的還有FPGA開發中的IP的創新。越來越多的大批量產品通過FPGA設計生產出來， 使得FPGA的概念完全跳出了以前的膠粘邏輯或原型設計應用的概念。我們相信，除了特大批量應用(如手機等)，FPGA已經成為大部分應用市場的最佳選擇。” <script type="text/javascript"> function ImgZoom(Id)//重新設置圖片大小 防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w < m) else{ var h = $(Id).height; $(Id).height = parseInt(h*m/w); $(Id).width = m; } } window.onload = function() { var Imgs = $("content").getElementsByTagName("img"); var i=0; for(;i<imgs.length;i++) { ImgZoom(Imgs[i]); } } </script/> 摩爾定律的持續有效使<font color="#0000ff">芯片</font>密度和性能持續提升，同時也在開發和生產復雜性方面帶來巨大挑戰。賽靈思和業界人士普遍認為在發展傳統ASIC和ASSP的同時，下一代系統設計中將越來越多地采用FPGA。同時，根據Gartner的預計：2008年新開工設計中，采用FPGA的設計與采用ASIC的設計比率為25:1，更進一步顯示出在可預見的未來，可編程成為設計的必需。 <img class="" height="272" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344272.jpg" width="208"/> 愛特公司(Actel)亞太區總經理賴炫州分析了ASIC/ASSP業務模式的困境：安裝復雜性高、成本高;300mm晶圓廠成本飆升，45nm工藝節點要花費40億美元(如圖4)，32nm工業節點花費80億美元;全球市場不斷變化，給ASIC/ASSP模式帶來壓力，每項設計成本為5000萬～1億美元，只有少數10億美元市場能夠支持投資回報率(ROI);風險投資正在縮減。 <img class="" height="241" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344968.jpg" width="201"/> <script type="text/javascript"> function ImgZoom(Id)//重新設置圖片大小 防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w < m) else{ var h = $(Id).height; $(Id).height = parseInt(h*m/w); $(Id).width = m; } } window.onload = function() { var Imgs = $("content").getElementsByTagName("img"); var i=0; for(;i<imgs.length;i++) { ImgZoom(Imgs[i]); } } </script/> <strong> 客戶多樣化</strong> 2000年以前，FPGA/PLD公司非常看重高增長的通信市場。2000年后的網絡泡沫破滅后，FPGA開始轉向了工業和消費市場。據賽靈思張宇清介紹，該公司正努力實現客戶基礎多樣化，現在通信行業占營業收入的比例不到其50%，另一半則分布于更廣泛的終端市場上。目前，在通信市場之外，賽靈思面向的具體產品線包括汽車、消費電子、ISM(工業、科學及醫療設備)、航空和國防等應用領域。其中汽車領域包括駕駛輔助、車載信息和信息娛樂應用，消費電子領域包括數字顯示器、數碼攝像機和機頂盒，ISM領域包括工業成像(含監控)、工業指令與控制(機器視覺、電機/運動控制)和醫學，航空和國防領域包括航空電子、飛機、雷達、聲納和指令、控制、通信、計算機、智能、監控以及偵察系統等領域。 <strong> 平臺化戰略</strong> 張宇清認為，要滿足對可編程能力迫在眉睫的需求，以及市場更加分散，需要從兩方面做工作：首先是通過可編程硬件創新在FPGA關鍵性能指標的每個方面(價格、功率、性能、密度、功能以及可編程能力)提供業界領先的價值;其次是為電子系統設計人員提供所需要的工具、設計方法和IP，從而使FPGA能真正幫助他們實現產品快速上市和提供靈活性這些承諾。 為了幫助客戶更多地采用FPGA，FPGA供應商提供一個全面的設計環境至關重要，因此賽靈思2009年提出了TDP(目標設計平臺)概念—80%的工作留給Xilinx及第三方<font color="#0000ff">合作</font>伙伴完成，客戶只需做20%的自主創新工作，這樣不僅使產品實現了創新，同時加速了產品推向市場。 獨立的第三方FPGA工具供應商也同樣認為FPGA正在向平臺化轉變。“設計人員思考和實現FPGA器件的方式的重大轉變是：除了將FPGA視為電子硬件的固定部分的方便容器，設計人員現在還可以將FPGA用作其設計的靈活核心，” Altium公司亞太區技術支持與應用總監David Read說，“通過運用FPGA可編程能力，整個SoC系統(包括微處理器、內存及外設器件)可以得到快速開發和上市。這意味著有更多的設計師能夠將更多精力用在有助于實現產品差異化的方面，以及處于產品核心的智能性。” <img class="" height="245" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344655.jpg" width="211"/> <script type="text/javascript"> function ImgZoom(Id)//重新設置圖片大小 防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w < m) else{ var h = $(Id).height; $(Id).height = parseInt(h*m/w); $(Id).width = m; } } window.onload = function() { var Imgs = $("content").getElementsByTagName("img"); var i=0; for(;i<imgs.length;i++) { ImgZoom(Imgs[i]); } } </script/> 但是，從FPGA使用者角度考慮，FPGA方案設計完成后，由于FPGA供貨問題，有時不能立即拿到某些FPGA批量產品;或者發現另外一家FPGA企業的產品價格更低或性能更合適，但想轉換到另外一家企業的產品就有困難，通常從FPGA硬件到開發板、軟件環境都要全面更換。為了解決這個問題，不供應FPGA芯片的獨立的第三方開發板供應商的優勢就顯現了，例如Altium NanoBoard 2系列開發板及Altium Designer設計工具，可使工程師快速開發和<font color="#0000ff">PCB</font>布線，自由地采購FPGA廠家的芯片。 <img class="" height="173" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344318.jpg" width="214"/> 但是，NanoBoard 2的成本又上去了，需要上萬元人民幣。因此，Altium NanoBoard 3000應運而生，其特點盡管又是針對某公司某款FPGA，但是價格只有4000元人民幣以下。另一個突出特點是設計人員可在事前不具備任何FPGA專業技術的情況下，在FPGA內部構建基于“軟”處理器的優異系統。 David總結道，設計師們正在尋找新的方法來減少FPGA開發方案固有的復雜性以及對專業技能的要求。目前的發展方向是高層FPGA開發系統，該系統避免了使用難懂的HDL的需要，并減少了對有關底層<font color="#0000ff">元器件</font>架構的知識要求。該方案也使FPGA設計向許多新的主流設計師打開了大門，包括傳統的硬件工程師、軟件開發人員以及新一代系統設計師。 <strong> 高、中密度FPGA值得關注</strong> “FPGA正不斷追求生產更大、更快(因此要求功率更高)，”Lattice(萊迪斯)半導體公司副總裁Douglas Hunter認為FPGA高密度和中密度正在全面發展。這表現在：(1)FPGA產品繼續主導著高端設備的發展——自FPGA開始出現實際上就一直是這種情況。今天，這種趨勢則側重于尋求不同的方法來構建這些較大的設備。(2)但對低端產品而言，繼續強調低功率和低成本設備的開發。但是，在許多情況下，這些產品幾乎等同于已去除了大多數性能和特點的高端設備。遺憾的是，對此類設備的價值主張總是“花得少，得到的就少”。(3)行業發展中最令人感興趣的是中等密度(10k~200k LUT)FPGA產品的出現。這些設備在提供許多高端產品特征的同時，還保持了低功耗、低成本的特點。Lattice半導體公司的方法是開發使客戶花錢更少的中等密度設備，但這并不意味著要犧牲其應用所需要的性能和特點。例如，LatticeECP3中等密度FPGA系列產品的特點是：邏輯密度為17k～149k LUT;16個3.2Gbps SERDES通道;數據速率范圍為250Mbit/s～3.2Gbit/s，以及最大存儲量可達6.8M位的嵌入式RAM存儲塊。但是，ECP3的成本和消耗的功率都只是高端FPGA產品的一半。 <script type="text/javascript"> function ImgZoom(Id)//重新設置圖片大小 防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w < m) else{ var h = $(Id).height; $(Id).height = parseInt(h*m/w); $(Id).width = m; } } window.onload = function() { var Imgs = $("content").getElementsByTagName("img"); var i=0; for(;i<imgs.length;i++) { ImgZoom(Imgs[i]); } } </script/> <img class="" height="246" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344492.jpg" width="205"/> <strong> 追求更低功耗</strong> 各家公司都把低功耗作為產品的研發方向。Altera和Xilinx兩家FPGA巨擎，都在向40/45nm進軍，在密度增長、成本降低的同時，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業界平均增長不到5%的情況下，該公司增長了11%，是唯一雙位數增長的FPGA供應商。Actel的兩個戰略之一就是專注于開發基于快閃技術的FPGA器件(另一個戰略是正在創建全新的混合信號FPGA市場，瞄準基于微控制器的應用和嵌入式設計。)。而這些快閃FPGA 所提供的低功耗、高可靠性和高安全性優點，都是SRAM FPGA所難以比擬的。 <strong> 注重安全性</strong> 隨著FPGA的單價大幅度降低，功能卻在大幅地提升，所以有很多的功能已經集合到FPGA里面，包括存儲器、IP等，因此防止IP剽竊和篡改也成為一個不容忽視的問題。Altera今年6月上市的Cyclone III LS FPGA[3]不僅在單位面積電路板上具有密度較大的邏輯、存儲器和DSP資源，功耗很低，而且保密性也可圈可點。 <img class="" height="261" alt="" src="http://www.eeworld.com.cn/uploadfile/FPGA/uploadfile/200911/20091109114344511.jpg" width="209"/> 據Altera亞太區產品市場經理張洵瑜介紹，Cyclone III LS的安全特性包括全面的信息安全保障設計包，支持防篡改、設計安全和設計分離功能。為保護非常敏感的信息，Cyclone III LS FPGA的防篡改特性包括JTAG端口保護、篡改監視和循環冗余校驗(CRC)等功能。這些器件還提供其他層面的保護，包括用于實現設計安全功能的成熟可靠的工業標準AES 256位密鑰等。在對體積、重量和功耗要求較高的應用中，Cyclone III LS FPGA的設計分離特性將邏輯、走線和I/O塊分開，在一個芯片中實現了非常可靠的安全保障和工業安全應用。 Cyclone III LS FPGA適合工業應用，特別是運動控制、工業以太網和工業安全等。設計分離特性還降低了安全應用的系統功耗，提高了集成度，同時支持設計冗余功能。 <script type="text/javascript"> function ImgZoom(Id)//重新設置圖片大小 防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w < m) else{ var h = $(Id).height; $(Id).height = parseInt(h*m/w); $(Id).width = m; } } window.onload = function() { var Imgs = $("content").getElementsByTagName("img"); var i=0; for(;i<imgs.length;i++) { ImgZoom(Imgs[i]); } } </script/> FPGA企業的競爭法寶與戰略 Xilinx：創新和以客戶為中心， 是賽靈思公司制勝的法寶。FPGA就是賽靈思共同創始人之一Ross Freeman發明的。 賽靈思公司提供基于新一代40nm 高性能 Virtex-6， 以及行業唯一45nm大批量應用Spartant-6產品系列解決方案，通過其目標設計平臺戰略，以大范圍的領域優化支持架構、大型的IP庫和生態合作伙伴系統，以及高質量的產品和解決方案。 Lattice：主要贏在了三個優勢上：設計、方便和創新。在設計上，Lattice針對特定的目標進行產品設計，以滿足客戶的特定需要。例如，與許多具有競爭力的設備不同，這些設備僅僅是更高端產品的衍生產品。ECP3系列產品在設計上則采用了可變的通道長度、優化的功率晶體管以及經過改進的布線缺省值和算法，以滿足市場對一方面具有高端性能的需求，另一方面又滿足成本低、功耗小的FPGA產品的特定需求。 Actel：定位為成為業界功耗最低的快閃FPGA供應商，唯一提供混合信號的FPGA供應商。Actel在低功耗尤其是靜態功耗方面，主要優勢采用了快閃FPGA技術路線;而其他主要廠商產品是SRAM FPGA。快閃FPGA具有固有的低功耗特性，因為典型的SRAM單元需要6個晶體管時，快閃單元只需要1個晶體管。因此，可以看到Actel產品的晶體管數目較少(密度較低)，雖制程沒有轉到非常先進之上，但也實現了超低功耗，十分適合便攜式產品應用。 Actel Fusion器件是混合信號FPGA，它基于快閃技術的FPGA;可選ARM Cortex-M1嵌入式處理器核;擁有先進的時鐘性能;混合信號可配置模擬功能，諸如高精度A/D、監控溫度、電壓和電流、模擬I/O。 Altera：Altera是第一家推出40nm工藝FPGA公司。在Altera 2009亞太技術巡展上，展示的產品包括Stratix IV FPGA、HardCopy IV ASIC、Arria II GX FPGA、CycloneIII FPGA、Quartus II開發軟件、IP以及解決方案，介紹他們如何克服當今高端數字系統設計挑戰，以及Altera的數字信號處理(DSP)和嵌入式設計方案。 Altium：Altium選擇從頭開始開發一種先進的電子產品設計解決方案Altium Designer，該方案將硬件設計、可編程硬件設計與軟件開發整合進了一個單一的應用及設計環境。該開發系統與獨立于目標FPGA類型及供應商的大型現成IP數據庫(免專利權使用費)相捆綁，該數據庫提供了設計師快速開發先進設計所需的所有主要要素。為完善電子產品開發周期，Altium還提供了一個低成本的智能FPGA硬件開發板——NanoBoard板，它可以與Altium的設計軟件進行溝通和協作。該開發板具有插件式外設硬件接口板并支持FPGA器件供應商選擇，它與設計軟件一起為克服基于FPGA設計(將會成為未來的智能及高度互連的電子產品)的開發、原型設計和部署所面臨的挑戰提供了一種獨特的解決方案。 <!-- google_ad_section_end -->
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2樓
veekoo
發表于：2010-12-2 14:54:37
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