FPGA發(fā)展策略和新方案盤點(diǎn)

全球市場回暖，中國市場的持續(xù)向好，在ASIC和ASSP市場中不斷攻城掠地等等因素都在推動FPGA市場的增長。以通信市場為例，基于可編程器件的高度靈活性，過去幾年，F(xiàn)PGA在GSM設(shè)備到LTE設(shè)備中的用量增長了3.1倍；就FPGA對ASIC和ASSP市場的滲透規(guī)模而言，在2007年之前，可編程器件相對于ASIC市場的增長而言非常緩慢，但2007年之后情況發(fā)生了改變。截止到去年年底，ASIC和ASSP的市場總量高達(dá)800億美元，但增長率已經(jīng)放緩，原因在于開發(fā)成本上升太快。在90nm的節(jié)點(diǎn)，ASIC的掩膜成本約為100萬美金，到65nm節(jié)點(diǎn)，這一成本上升為200萬美金。以單價10-50美元的28nm器件價格為例，要支付包括掩膜、工程設(shè)計(jì)以及公司運(yùn)營在內(nèi)的成本，必須銷售出500～2700萬顆芯片，很少有應(yīng)用能支持到這一用量。反觀FPGA，其在成本上的優(yōu)勢自90nm工藝節(jié)點(diǎn)之后開始體現(xiàn)。在130nm節(jié)點(diǎn)之前，F(xiàn)PGA的工藝進(jìn)程升級一直晚于ASIC，但到了40nm，全球首個利用代工廠推出產(chǎn)品的是Altera的FPGA，目前Xilinx和Altera都有推出28nm的FPGA樣片，這一進(jìn)程超過了ASIC。

綜上所述，隨著系統(tǒng)設(shè)備功能要求的不斷增加，系統(tǒng)級芯片的設(shè)計(jì)愈趨復(fù)雜，并且在設(shè)計(jì)周期、靈活度和NRE成本等方面都面臨著更大的挑戰(zhàn)。這一趨勢使得FPGA器件在電路設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用正在加快。由于具備接口、控制、功能IP、內(nèi)嵌CPU等資源，F(xiàn)PGA可以很容易地實(shí)現(xiàn)構(gòu)造簡單，固化程度高并且功能全面的系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，系統(tǒng)級設(shè)計(jì)和產(chǎn)品已是FPGA最大的市場。

不過，針對不同的應(yīng)用和設(shè)計(jì)需求，F(xiàn)PGA器件的發(fā)展也各有不同。一方面，在高端器件上是跟隨摩爾定律，通過制造工藝的升級增加邏輯單元的規(guī)模，并在提高性能的同時降低功耗的壓力；另一方面則是低成本、低功率和性能的中、低端FPGA和CPLD，如密度范圍在10K至250K LUT的器件等，下文將嘗試就目前最具代表性的四家FPGA公司（Xilinx、Altera、Lattice和Microsemi）的發(fā)展策略、產(chǎn)品進(jìn)程和新方案做一個歸納。

Xilinx

發(fā)展策略：目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺+高性能技術(shù)

目前，Xilinx將其技術(shù)發(fā)展方向鎖定在目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺、28Gbps 串行收發(fā)器技術(shù)、堆疊硅片互聯(lián)技術(shù)、可擴(kuò)展式處理平臺和7系列FPGA。毫無疑問，目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺是Xilinx在發(fā)展策略上的一個重大決策，也是其在FPGA設(shè)計(jì)方法學(xué)上的一次突破。Xilinx目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺包括全面集成且經(jīng)成功測試的軟硬件、IP以及應(yīng)用框架，還包括適用的設(shè)計(jì)環(huán)境。其平臺組件包括：目標(biāo)參考設(shè)計(jì)（連接功能套件、DSP套件和嵌入式套件）、IP核與外設(shè)（IP核、連接功能、DSP、嵌入式處理和Xilinx的AXI4）、設(shè)計(jì)工具（ISE設(shè)計(jì)指南，包括邏輯、嵌入式系統(tǒng)和DSP）和開發(fā)板與套件。就具體目標(biāo)開發(fā)而言，包括針對邏輯設(shè)計(jì)的通用FPGA開發(fā)平臺，針對特定技術(shù)領(lǐng)域（連接功能、DSP和嵌入式設(shè)計(jì)）的平臺技術(shù)，滿足行業(yè)應(yīng)用需求的平臺（航空航天和軍工、汽車、廣播、工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療、無線通信和有線通信）。

28nm工藝上的7系列代表了Xilinx目前最新的產(chǎn)品和技術(shù)，7系列是迄今為止Xilinx同一時間最快推出的產(chǎn)品，包括Artix-7、Kintex-7、Virtex-7和可擴(kuò)展處理器平臺Zynq，采用了TSMC特別為其開發(fā)的28nm HPL（高性能低功耗）工藝。Kintex-7擁有1920個DSP、32個12.5Gbps收發(fā)器和500個I/O口。Virtex-7則擁有5280個DSP，最多96個收發(fā)器（包括12.5Gbps、13.1Gbps和28.05Gbps三種速率），而Artix-7則擁有16個收發(fā)器，內(nèi)置敏捷混合信號（AMS）的片上監(jiān)控，12位1Msps ADCs、16個獨(dú)立的輸入和片上電壓/熱傳感器，其總功耗小于1W。目前Kintex-7 325T已經(jīng)開始提供樣片給客戶，首款Kintex-7開發(fā)板也已面市，AXI4 IP和目標(biāo)參考設(shè)計(jì)已經(jīng)開發(fā)完畢并投入運(yùn)行，并且ISE 13.1 設(shè)計(jì)套件已經(jīng)針對 7 系列設(shè)計(jì)開放。Kintex-7最快將在2012年第一季度轉(zhuǎn)入量產(chǎn)。

Xilinx可擴(kuò)展式處理平臺是基于ARM Cortex-A9 MPCore 處理器的單芯片解決方案，目前推出的是Zynq-7000系列。Cortex-A9 MPCore由2個CPU組成，帶有專門的NEON協(xié)處理器（媒體和信號處理架構(gòu)，增加了面向音頻、視頻、3D 圖形、影像和語言處理的指令）和雙精度浮點(diǎn)單元，再結(jié)合低功耗 28nm工藝技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)高度的靈活性、強(qiáng)大的配置功能和高性能。Zynq-7000可擴(kuò)展處理平臺的特點(diǎn)，一是，軟硬件可編程； 二是，處理系統(tǒng)隨時可編程；三是，可擴(kuò)展的密度與性能大大提高（采用尖端的7系列FPGA構(gòu)建、集成了雙12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，速率高達(dá)1Msps和超過3000個內(nèi)部互聯(lián)，帶寬高達(dá)100Gb。能提供多達(dá)760個DSP引擎，性能超過910GMAC，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并行處理）；四是，靈活性超過任何標(biāo)準(zhǔn)處理解決方案（54個處理器I/O、50個多標(biāo)準(zhǔn)和高性能I/O、多達(dá)12個高性能集成串行收發(fā)器和靈活的存儲器接口）。

Zynq-7000的產(chǎn)品系列包括Zynq-7010、Zynq-7020、Zynq-7030和Zynq-7040，Zynq-7030和Zynq-7040是兩個較大的器件，均具備高速低功耗的串行連接功能，其內(nèi)置的千兆位級收發(fā)器運(yùn)行速度高達(dá)10.3125 Gbps。這兩款產(chǎn)品分別提供約190萬和350萬個ASIC門（即125,000和235,000個邏輯單元），DSP峰值性能分別達(dá)480 GMAC 和 912 GMAC，一般是針對高端領(lǐng)域里的應(yīng)用。Zynq-7010 和 Zynq-7020 這兩款較小的器件分別提供約 43 萬和 130 萬個 ASIC 門（即 30,000和85,000 個邏輯單元），DSP 峰值性能分別為 58 GMAC 和 158 GMAC，多應(yīng)用于一些低端市場。該器件預(yù)計(jì)在年底推出樣片，據(jù)稱批量起價低于15美元，其將在性能、功耗和單位成本上超過ARM處理器+FPGA的雙芯片方案。

在收發(fā)器技術(shù)上，Xilinx在其最高端的Virtex-7 HT FPGA中集成了16個高性能28Gbps收發(fā)器，具有很好的抖動、抗噪聲干擾與串?dāng)_性能，可與新一代CFP2光學(xué)模塊接口相連，可實(shí)現(xiàn)業(yè)界最高帶寬，可為100G-400G線路卡乃至更先進(jìn)的新一代通信系統(tǒng)提供最大的單FPGA解決方案。

Xilinx的堆疊硅片互聯(lián)技術(shù)（SSIT）基于7系列FPGA中邏輯架構(gòu)、Block RAM、時鐘技術(shù)、DSP切片和Select I/O已經(jīng)完全相同的基礎(chǔ)，由TSMC開發(fā)。利用該技術(shù)，單個FPGA可以包含200萬個邏輯單元，與40nm FPGA相比，功耗可降低50%。在堆疊硅片互聯(lián)結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)在一系列相鄰的FPGA芯片上通過1萬多個過孔走線。相對于必須使用標(biāo)準(zhǔn)I/O連接在電路板上集成兩個FPGA而言，堆疊硅片互聯(lián)技術(shù)將單位功耗芯片間連接帶寬提升了100倍，時延減至五分之一，而且不會占用任何高速串行或并行I/O資源。在堆疊硅片互聯(lián)技術(shù)中，無源硅中介層由TSMC提供，它有四層導(dǎo)線層，是堆疊互聯(lián)的關(guān)鍵。由于中介層無源，因此不存在散熱問題，它使得建立在該技術(shù)上的超大規(guī)模FPGA相當(dāng)于單芯片。

方案推薦：廣播視頻引擎設(shè)計(jì)平臺和SMPTE2022 IP核心

該平臺用以加速高質(zhì)量視頻處理硬件的開發(fā)，并通過互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議以高達(dá)10 Gbps的速率交付這些視頻。以Virtex-6或Spartan-6 FPGA廣播連接套件為基礎(chǔ)，可先通過該套件的連接性將視頻帶入FPGA，然后創(chuàng)建視頻管線算法，Xilinx的最新廣播產(chǎn)品能持續(xù)提高視頻質(zhì)量，同時滿足在 IP 網(wǎng)絡(luò)中輸送未經(jīng)壓縮的 HD、3D 和 4K 視頻流的要求。

該平臺由一個廣播級質(zhì)量的視頻和影像處理IP包、支持Virtex-6 FPGA的參考設(shè)計(jì)和Spartan-6 FPGA廣播連接套件組成，后者包括Xilinx ISE設(shè)計(jì)套件嵌入式開發(fā)軟件。IP 核、工具和硬件組合讓設(shè)計(jì)人員能更加輕松地為支持各種 SD/HD/3D 格式、幀率和解析度的多種廣播應(yīng)用類型開發(fā)實(shí)時視頻處理鏈。此套件的FMC（FPGA 中間卡）連接器支持設(shè)計(jì)者面向IP視頻以及其他需要實(shí)時性能的廣播設(shè)計(jì)（包括突發(fā)新聞、現(xiàn)場直播活動和體育報(bào)道）接口而快速評估，并集成 了SD/HD/3G-SDI、AES3 音頻、DVI、HDMI、DisplayPort、10GbE（10 Gb 以太網(wǎng)）。此外，該套件也可用來創(chuàng)建數(shù)字影院和超高畫質(zhì)（或超級 HDTV）系統(tǒng)中需要最高視頻質(zhì)量和最高帶寬的應(yīng)用。

視頻引擎目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺的關(guān)鍵特性包括：視頻和圖像處理IP包，支持 1080p60、2K 和 4K 視頻處理，提供廣播級質(zhì)量的縮放、去隔行、屏幕顯示、降噪等功能；SMPTE2022 IP核的實(shí)施，在 Virtex-6 FPGA 廣播連接套件上通過 10Gb 以太網(wǎng)以全雙工方式顯示全帶寬、低抖動 3x 3G-SDI（或 6x HD-SDI）。此系統(tǒng)可在任何距離通過單一鏈接交付多達(dá) 6 個未壓縮的 HD 電影源；來自Tokyo Electron Devices 的 Inrevium Spartan-6 FPGA 廣播連接套件，支持全新面向 SD/HD/3G-SDI和 AES3 音頻的低成本 FMC以及面向各種顯示接口的可選 FMC，如HDMI、Disp layPort和V-by-One HS ；Virtex-7 HT FPGA 28 Gbps 下一代收發(fā)器出色的抖動性能，支持用于通信和廣播回程鏈接的超高聚合帶寬，例如有線中的 EdgeQAM / CMTS 應(yīng)用，同時也非常適合 10G-SDI 標(biāo)準(zhǔn)和新興標(biāo)準(zhǔn)，以處理 4Kx2K 數(shù)字影院和超高畫質(zhì) 8Kx4K 帶寬；Xilinx聯(lián)盟成員 Vanguard Software Solutions  H.264/AVC-I 視頻編碼器可在不犧牲視頻質(zhì)量的情況下降低帶寬和存儲要求。借助 High10 和 High422 幀內(nèi)編碼特性，設(shè)計(jì)人員可以迅速和便捷地將 AllianceCORE IP 核集成到貢獻(xiàn)、采集和存檔系統(tǒng)中，支持 SMPTE AVC-I Class50 & Class100；Kintex-7是行業(yè)第一款 28nm FPGA 產(chǎn)品，非常適合廣播應(yīng)用，其提供的收發(fā)器能支持高達(dá)12.5 Gbps 帶寬，提供2倍的性能，而功耗只有上一代 FPGA 的 50%。

Altera

發(fā)展策略：嵌入式計(jì)劃+高性能技術(shù)

Altera去年開始啟動嵌入式計(jì)劃，基于這一計(jì)劃，Altera鎖定了四類目標(biāo)市場：一是通信遠(yuǎn)端(RU)設(shè)備中把基于ARM的處理器和FPGA整合為單芯片的市場；二是工控處理器市場，這些處理器原先采用Intel或Power PC內(nèi)核，性能在1500DMIPS左右；三是北美和歐洲軍用市場，這一市場類似通信處理，主要負(fù)責(zé)一些數(shù)據(jù)包的處理；四是廣播信號控制和處理。

Altera嵌入式計(jì)劃包括新的系統(tǒng)級集成工具、嵌入式系統(tǒng)配置功能和統(tǒng)一的FPGA設(shè)計(jì)流程。推動Altera進(jìn)行嵌入式計(jì)劃的原因在于，CPU的功耗瓶頸越來越突出，多內(nèi)核+硬件加速的模式成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流，嵌入式系統(tǒng)越來越多需要使用FPGA，而支持FPGA的嵌入式選擇也越來越多，面對這些趨勢，設(shè)計(jì)的需求在于為CPU和可配置加速器提供更多的組合，降低BOM成本以及能夠?yàn)榛贔PGA的CPU提供更多的OS，另外一個十分重要的支持在于能夠?yàn)楦鞣N各樣的選擇提供統(tǒng)一的FPGA設(shè)計(jì)流程。

Altera認(rèn)為未來填補(bǔ)工藝效率的功耗瓶頸的方法正是體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，嵌入式計(jì)劃提供了基于Quartus II開發(fā)軟件的單一FPGA設(shè)計(jì)流程——包括新的Qsys系統(tǒng)級集成工具、公用FPGA知識產(chǎn)權(quán)(IP)庫，以及新的ARM Cortex-A9 MPCore和MIPS技術(shù)公司MIPS32嵌入式處理器產(chǎn)品等。Qsys系統(tǒng)級集成工具可以使嵌入式設(shè)計(jì)人員面向Altera Nios II、基于ARM和MIPS的嵌入式處理器以及可配置Intel Atom處理器開始設(shè)計(jì)。Qsys利用了業(yè)界首創(chuàng)的FPGA優(yōu)化芯片網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來支持多種業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)IP協(xié)議，提高了結(jié)果質(zhì)量，具有很高的效能。Qsys采用SOPC Builder界面，支持與現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)移植的后向兼容。而且，這一高級互聯(lián)技術(shù)將支持分層設(shè)計(jì)、漸進(jìn)式編譯以及部分重新配置方法。Qsys是Altera SOPC Builder工具的后續(xù)產(chǎn)品，引入了FPGA優(yōu)化芯片網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與SOPC Builder相比，存儲器映射和數(shù)據(jù)通路互聯(lián)性能提高至兩倍，SOPC Builder適合單層次設(shè)計(jì)，而Qsys提高了系統(tǒng)級設(shè)計(jì)效能，適合多層次設(shè)計(jì)，并且，Qsys支持業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)IP接口，如AMBA，使之可以支持設(shè)計(jì)重用。

作為嵌入式計(jì)劃的一部分，Altera正在拓展其嵌入式合作伙伴計(jì)劃，聯(lián)合ARM、Intel和MIPS技術(shù)公司以及FPGA業(yè)界的多個合作伙伴，與他們協(xié)作，增強(qiáng)設(shè)計(jì)流程，支持越來越多的FPGA嵌入式處理產(chǎn)品走向市場。例如Intel的基于Atom的可配置新處理器就在多芯片封裝中采用了Intel Atom E600系列以及配對的Altera FPGA。對于希望采用專用I/O或者加速硬件的用戶而言，新架構(gòu)提高了他們的靈活性。Altera也與ARM簽署了協(xié)議，授權(quán)包括Cortex-A9微處理器在內(nèi)的多種技術(shù)。Altera在其28nm FPGA技術(shù)中提供集成了增強(qiáng)Cortex-A9處理器子系統(tǒng)的產(chǎn)品。此外，Altera還進(jìn)一步擴(kuò)展了軟核處理器，將推出基于MIPS32處理器體系結(jié)構(gòu)的MP32軟核處理器。MP32是Altera、MIPS技術(shù)公司以及主要用戶過去幾年密切協(xié)作的結(jié)果。它針對Altera器件完善了Altera Nios II嵌入式處理器以及合作伙伴軟核CPU系列產(chǎn)品，極大地豐富了FPGA可以使用的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。

Altera在摩爾定律的產(chǎn)品規(guī)劃上并非一條路向前走。在28nm工藝之前，Altera一直是在高端和中低端器件兩個方向獨(dú)立發(fā)展，并非所謂“瀑布型”自高而低的產(chǎn)品開發(fā)模式，在65nm節(jié)點(diǎn)時，Cyclone III要早于 Stratix III推出，直到28nm節(jié)點(diǎn)，Altera才先推出了高密度產(chǎn)品。在功耗控制技術(shù)方面，Altera采用了組合方式，如Stratix III中采用了可編程功耗控制技術(shù)，降低工作電壓VCC，在工藝上采用HK金屬柵極技術(shù)來解決MOS管漏電問題，并且在掩膜光刻技術(shù)上采取措施來降低芯片功耗；在收發(fā)器方面（45nm時，一個收發(fā)器通道功耗約150μW），Altera最新的28nm器件中收發(fā)器功耗為80μW。此外，Altera還通過針對應(yīng)用將FPGA部分硬化，增加DSP功能，以及提高I/O和存儲器速度等措施來降低FPGA整體功耗。

方案推薦：28nm FPGA系列

在28nm制程上，Altera最新發(fā)布的是Cyclone V和Arria V FPGA系列產(chǎn)品、新擴(kuò)展功能的是Stratix V FPGA以及此前發(fā)布的HardCopy V ASIC系列產(chǎn)品。為了滿足從最大帶寬到最低功耗等多種應(yīng)用對性能、特性和功耗的特殊需求，在28nm系列產(chǎn)品中，Altera發(fā)揮了收發(fā)器技術(shù)、產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)、知識產(chǎn)權(quán)(IP)集成和工藝技術(shù)優(yōu)勢，定制單元、突出多樣化，提供了最佳解決方案。

新產(chǎn)品導(dǎo)入了一系列新的技術(shù)：一是收發(fā)器。Altera的28nm器件支持速率從600 Mbps到28 Gbps的收發(fā)器，在整個系列產(chǎn)品中，Altera的28nm收發(fā)器技術(shù)基于模塊化體系結(jié)構(gòu)；二是產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)。在性能和效率上進(jìn)行了優(yōu)化的片內(nèi)存儲器；硬核和軟核存儲器控制器，支持所需的應(yīng)用帶寬功耗和成本需求；在性能上進(jìn)行了優(yōu)化的高端、中端，適合于各種應(yīng)用和I/O；三是IP集成。為滿足重點(diǎn)應(yīng)用的成本、功耗和性能需求，Altera增強(qiáng)了多種系統(tǒng)級IP，例如，PCI Express(PCIe) Gen2 x1和x4、PCIe Gen3 x8、Interlaken、40G/100G和100 Gigabit以太網(wǎng)(100GbE)；四是工藝技術(shù)。為能夠有效的服務(wù)于多種應(yīng)用，Altera在高端產(chǎn)品系列(Stratix V FPGA)和HardCopy V ASIC上采用了TSMC 28nm高性能(28HP)工藝技術(shù)，在低成本(Cyclone V FPGA)和中端(Arria V FPGA)系列產(chǎn)品上采用了TSMC的28nm低功耗(28LP)工藝技術(shù)。Altera還利用28LP工藝，在成本、性能和低功耗上達(dá)到最佳平衡。在高端采用28HP工藝技術(shù)對于實(shí)現(xiàn)高端應(yīng)用需要的內(nèi)核和收發(fā)器性能非常關(guān)鍵。

對于電機(jī)控制、顯示和軟件無線電等對低功耗和電路板空間要求較高的應(yīng)用，Altera的Cyclone V FPGA系列是理想選擇。相對于前一代器件，Cyclone V系列總功耗降低了40%，提供工作速率高達(dá)5 Gbps的12個收發(fā)器，增強(qiáng)PCIe Gen2 x1模塊，以及支持LPDDR2、移動DDR和DDR3外部存儲器的硬核存儲器控制器。

針對需要在成本、低功耗和高性能上達(dá)到平衡的應(yīng)用，例如，遠(yuǎn)程射頻單元、演播合成器和10G/40G線路卡，Altera推出其Arria V FPGA系列。Arria V FPGA系列器件含有工作速率高達(dá)10 Gbps的收發(fā)器，支持DDR3外部存儲器的硬核存儲器控制器，以及含有精度可變DSP模塊的高效脈動有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器，相對于前幾代器件，總功耗降低了40%。

Stratix V FPGA系列滿足了多種寬帶應(yīng)用需求，例如，高級LTE基站、高端RF卡和軍用雷達(dá)等。Altera進(jìn)一步擴(kuò)展了Stratix V系列的功能，以支持不斷增長的市場需求。Stratix V GX FPGA的收發(fā)器最大數(shù)據(jù)速率由原12.5 Gbps增加到了14.1 Gbps，以支持新出現(xiàn)的高速協(xié)議，包括FiberChannel 1600等。而且，Stratix V GX FPGA在單芯片中密度也由原700K提高到了1.1M(110萬)邏輯單元(LE)，進(jìn)一步幫助用戶提高了集成度。

與以前的HardCopy ASIC器件相比，HardCopy V ASIC提高了收發(fā)器、I/O和內(nèi)核邏輯的性能；邏輯和存儲器集成度也進(jìn)一步得到了提高。通過這些新功能，HardCopy V ASIC現(xiàn)在支持需要低功耗、低成本、產(chǎn)品要求提高抗單事件干擾(SEU)能力的多種應(yīng)用。

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Lattice

發(fā)展策略：低功耗+低成本

在可編程邏輯器件公司中，Lattice一直堅(jiān)持在低密度和中密度器件市場淘金，他們不追求器件的規(guī)模和超高性能，這一定位決定了其產(chǎn)品技術(shù)有著很強(qiáng)的針對性，同時又不至于使自己被資金鏈牽著走，畢竟摩爾定律路線或者超越摩爾定律都要依靠巨大的資金投入才能實(shí)現(xiàn)。過去10年，全球近十億臺設(shè)備采用了Lattice的可編程器件，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋通信、計(jì)算、消費(fèi)和工業(yè)市場。在中國 ，截止到2010年的過去4年他們一直保持高于35%的年增長率，其產(chǎn)品針對的目標(biāo)市場包括無線、寬帶接入和交換、視頻顯示、安防和工控。Lattice對中國市場的投入很大，其上海的全球設(shè)計(jì)研發(fā)中心，從硬件開發(fā)到IP和軟件設(shè)計(jì)都有涉及，整個設(shè)計(jì)量占全球45%。

Lattice的中密度器件強(qiáng)調(diào)的是功耗、性能和成本三者的平衡，在無線接口和安防等應(yīng)用較多；低密度器件則強(qiáng)調(diào)低成本和易用性，主要應(yīng)用于手持設(shè)備、LCD顯示、工控和邏輯粘合等領(lǐng)域。Lattice將注意力放在中密度和低密度器件以及混合信號產(chǎn)品上，并提供配套的IP、開發(fā)工具和開發(fā)板。

在摩爾定律的產(chǎn)品路線上，Lattice認(rèn)為在60nm工藝節(jié)點(diǎn)之后，功耗不再隨著工藝節(jié)點(diǎn)的升級而減少，工藝升級對降低功耗的幫助已經(jīng)排到前三個重要因素之外。功耗在40nm工藝之前反而會增加，比如同等邏輯規(guī)模的芯片，40nm工藝較65nm在功耗上要高出3倍。這就是Lattice最新的MachXO2 PLD采用65nm工藝以及MachXP2 FPGA采用95nm的原因。并且，Lattice不打算考慮40nm的工藝節(jié)點(diǎn)，而是會直接進(jìn)入20nm節(jié)點(diǎn)，因?yàn)樵谶@一節(jié)點(diǎn)高K金屬柵極工藝將能發(fā)揮低功耗的作用，而由于富士通已經(jīng)宣布不會做20nm節(jié)點(diǎn)的工藝升級，所以，Lattice將會考慮在TSMC和UMC代工新工藝產(chǎn)品。

ECP3是Lattice中端FPGA的代表產(chǎn)品，是目前市場中最低功耗、具有SERDES功能的FPGA。共有5款器件，提供兼容多種標(biāo)準(zhǔn)的多協(xié)議3.2G SERDES、DDR1/2/3存儲器接口和高性能且可級聯(lián)的DSP slice，適用于RF、基帶和圖像信號處理。ECP3具有高速LVDS I/O，切換速率高達(dá)1Gbps，以及多達(dá)6.8 Mbit的嵌入式存儲器。其邏輯密度從17K LUT到149K LUT，帶有多達(dá)586個用戶I/O。ECP3系列適合大批量、成本和功耗敏感的攝像和顯示、有線和無線基礎(chǔ)設(shè)施等應(yīng)用。 集成Flash是Lattice PLD產(chǎn)品的一大特點(diǎn)，相較于外掛Flash，單芯片可以減少成本，提高安全并且具有瞬間上電的優(yōu)勢。如MachXO2系列較之前的MachXO系列相比，提供了3倍的邏輯密度、10倍的嵌入式存儲器、降低了100倍以上的靜態(tài)功耗并減少了高達(dá)30%的成本。此外對一些常用功能，如用戶閃存（UFM）、I2C、SPI和定時器/計(jì)數(shù)器進(jìn)行了固化。為了滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求，Lattice在去年6月推出了Diamond設(shè)計(jì)工具，旨在解決之前工具在易用性和集成度方面的不足，并在同年11月推出了1.1版本。

Lattice的另一類重要產(chǎn)品是可編程混合信號產(chǎn)品，如Platform Manager系列器件，針對電路板電源的數(shù)字化管理。該系列包括兩款器件：LPTM10-1247和LPTM10-12107。LPTM10–1247器件可以監(jiān)控12個電壓幅度，并支持47個數(shù)字I/O，而LPTM10–12107可以監(jiān)控多達(dá)12個電壓幅度，并支持107個數(shù)字I/O。該器件除了電源管理，新增了數(shù)字電路板管理部分。電源管理部分包括可編程的閾值、精度為0.7%的精確差分輸入比較塊、48個宏單元CPLD、可編程的硬件定時器、一個10位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和一個用于電源的微調(diào)和裕度的微調(diào)塊；數(shù)字電路板管理部分則包括一個640 LUT的FPGA和可編程邏輯接口I/O。

據(jù)悉，Lattice正準(zhǔn)備開發(fā)一個“內(nèi)核和衍生工具”產(chǎn)品戰(zhàn)略，組織“IP工廠”和“集成團(tuán)隊(duì)”模式，加大更多的前端投資以加快后端速度，加快新產(chǎn)品開發(fā)和交付的速度。目前已將公司以往職能重復(fù)的多個研發(fā)機(jī)構(gòu)重組為出色的流線性的開發(fā)中心。

方案推薦：基于FPGA的低成本設(shè)計(jì)平臺

該平臺為ECP3 Versa開發(fā)套件，適用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)自動化、計(jì)算、醫(yī)療設(shè)備、國防和消費(fèi)電子產(chǎn)品。Versa套件使主流客戶能以較低的成本評估ECP3 FPGA中的高價值設(shè)計(jì)模塊的功能：可配置的SERDES、級聯(lián)DSP slice和高速DDR3存儲器控制器。過時的傳統(tǒng)微控制器和DSP的功能將改為用Versa套件來開發(fā)成高效的FPGA解決方案，以解決在應(yīng)用中新出現(xiàn)的高速設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，如變化的視頻傳輸和中繼器、視頻圖像信號處理、攝像機(jī)控制器、網(wǎng)絡(luò)流量管理和適應(yīng)性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、太陽能板控制器和數(shù)據(jù)采集與控制。

完整的Versa包包括了LatticeECP3 Versa評估板、7個演示系統(tǒng)，16個免費(fèi)的參考設(shè)計(jì)和用于Versa套件的Lattice Diamond的設(shè)計(jì)軟件評估許可證。功能豐富的LatticeECP3 Versa評估板帶有PCI Express 1.1 x1和千兆比特以太網(wǎng)接口。板上的SMA連接器展示低抖動的LatticeECP3 SERDES的電氣質(zhì)量，并提 供用于外部模塊SFP收發(fā)器的擴(kuò)展端口。

完整的Versa包包括：ECP3 Versa評估板，包含PCI Express 1.1 x1和雙千兆比特以太網(wǎng)接口；多種演示，包括PCI Express 1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)演示、千兆比特以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)演示、高速DDR3存儲器控制器演示，以及容忍抖動的SERDES眼圖演示；用于Windows和Linux平臺的PCI Express設(shè)備的驅(qū)動程序；16個適用于 LatticeECP3 FPGA系列的免費(fèi)參考設(shè)計(jì)；通過PC機(jī)用迷你USB電纜對FPGA編程和快速入門指南。

在該平臺發(fā)布時，Lattice提供了限量促銷的5個全面的IP套件，以加速客戶產(chǎn)品的上市時間。套件提供用于解決各種復(fù)雜設(shè)計(jì)問題的現(xiàn)成模塊，如高速數(shù)據(jù)傳輸、以太網(wǎng)、高速存儲器接口、數(shù)字信號處理和視頻像素處理。

Microsemi

發(fā)展策略：高可靠性+低功耗

在宣布收購Actel之時，Microsemi曾表示，這一收購將增強(qiáng)Microsemi在各終端市場的混合信號產(chǎn)品線，擴(kuò)展 Microsemi的系統(tǒng)級解決方案與可編程 SoC能力，擴(kuò)展航天、軍事和工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品門檻以及提供即時EPS增長與協(xié)同優(yōu)勢。收購了Actel之后，Microsemi的FPGA產(chǎn)品發(fā)展延續(xù)著Actel“功率至關(guān)重要(Power Matters)”的方向，以及高可靠性、集成快閃技術(shù)。其目標(biāo)市場是消費(fèi)產(chǎn)品、便攜醫(yī)療產(chǎn)品、綠色數(shù)據(jù)中心、工業(yè)控制、汽車、軍用和航天。Microsemi的FPGA產(chǎn)品線包括最低功耗的IGLOO、低功耗的ProASIC3、SmartFusion混合信號FPGA和Fusion混合信號FPGA。

IGLOO系列FPGA包括IGLOO/e、IGLOO nano，以及IGLOO PLUS器件，是可重編程Flash FPGA，適用于便攜電子產(chǎn)品和功率敏感電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。該系列基于Actel的非易失性Flash技術(shù)及單芯片 ProASIC 3/E FPGA架構(gòu)，工作電壓為1.2 V / 1.5 V。IGLOO系列最多可支持300萬系統(tǒng)門，并配備真正的雙端口SRAM，容量高達(dá)504 KB，該系列器件亦支持多達(dá)6個嵌入PLL和620個用戶I/O。需要32位處理能力的低功耗應(yīng)用可采用ARM Cortex-M1處理器核，在M1 IGLOO器件中使用無需授權(quán)費(fèi)用或權(quán)益金。

IGLOO系列器件采用了Flash*Freeze技術(shù)，能夠輕易地進(jìn)入和退出超低功耗模式，該模式下的功耗僅2 μW，同時可保存SRAM和寄存器中的數(shù)據(jù)。該技術(shù)通過I/O和時鐘管理簡化了功率管理，并無需關(guān)斷電壓、I/O或系統(tǒng)層面的時鐘。在Flash*Freeze模式下，IGLOO 器件的功耗僅為2 μW，無需添加額外的部件即可關(guān)斷I/O或時鐘，同時卻可保存設(shè)計(jì)的信息、SRAM內(nèi)容和寄存器狀態(tài)。I/O能夠在 Flash*Freeze模式中維持配置的狀態(tài)，進(jìn)入和退出Flash*Freeze模式所需的時間少于1 μs。此外，IGLOO 器件的低功耗有源(Low Power Active)功能可實(shí)現(xiàn)超低的功耗，并同時通過維持I/O、SRAM、寄存器和邏輯功能使到系統(tǒng)處于完全操作狀態(tài)。I/O可在Flash*Freeze模式保持其狀態(tài)。這樣，IGLOO 器件便可在功耗最小的情況下，通過外部輸入 (如鍵盤觸發(fā)掃描) 來控制系統(tǒng)的功率管理。

ProASIC3系列基于第三代架構(gòu)Flash技術(shù)，包括ProASIC3/E（帶有ARM Cortex-M1和CoreMP7）、ProASIC3 nano和ProASIC3L（帶有ARM Cortex-M1），在功耗、價格、性能、密度和特點(diǎn)方面實(shí)現(xiàn)了突破，適用于大批量應(yīng)用。ProASIC3器件支持ARM Cortex-M1 和ARM7軟IP核，提供了編程和上市時間方面的優(yōu)勢，價格低至0.49美元。ProASIC3系列以非易失性Flash技術(shù)為基礎(chǔ)，并支持1萬至300萬個系統(tǒng)門和多達(dá)620個I/O。該系列器件除了提供商用和工業(yè)溫度器件以支持便攜、消費(fèi)電子、工業(yè)、通信和醫(yī)療應(yīng)用之外，還提供經(jīng)特別甄選的汽車用和軍用FPGA產(chǎn)品。

ProASIC3系列的其他主要特點(diǎn)包括：支持1.2 V或1.5V內(nèi)核電壓，成本優(yōu)化、可重編程、非易失性存儲，支持用于器件配置的128位AES解密，單芯片、上電即用，針對高性能而優(yōu)化，1024位用戶閃存，增強(qiáng)的I/O結(jié)構(gòu)，具有由大氣中子引發(fā)配置數(shù)據(jù)損失的免疫能力 (固件錯誤)，提供汽車(T-Grade)和軍用溫度級別產(chǎn)品和通過了ISO/TS 16949:2002認(rèn)證。

SmartFusion是目前市面唯一集成FPGA、ARM Cortex-M3處理器硬核，以及可編程模擬資源于一體的器件，能夠?qū)崿F(xiàn)完全可定制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)和IP保護(hù)能力，而且易于使用。SmartFusion 基于Flash技術(shù)，為需要真正的單芯片系統(tǒng)的硬件和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供比傳統(tǒng)專屬功能微控制器更大的靈活性，而成本又比現(xiàn)有使用軟核處理器的FPGA低得多。該器件的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在具有完全可定制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力（利用片上FPGA 實(shí)現(xiàn)最后一分鐘的功能修改、可為FGPA架構(gòu)內(nèi)的個別算法試驗(yàn)硬件加速）、IP保護(hù)能力（MCU和FPGA接口內(nèi)置、128位先進(jìn)加密標(biāo)準(zhǔn)ISP、FlashLock防止反向讀取FPGA 內(nèi)容、利用客戶可編程器件密鑰避免器件過建 ）、易用性提高生產(chǎn)率（單個平臺構(gòu)建整個產(chǎn)品、為FPGA和嵌入式設(shè)計(jì)人員而設(shè)的集成設(shè)計(jì)環(huán)境、利用簡單的GUI工具對復(fù)雜的可編程模擬資源進(jìn)行配置、Micrium 提供RTOS和中間件支持）三個方面。

Fusion產(chǎn)品是混合信號FPGA平臺，將可配置模擬部件、大容量Flash內(nèi)存構(gòu)件、全面的時鐘生成和管理電路，以及基于Flash的高性能可編程邏輯集成在單片器件中。該架構(gòu)可與Actel軟MCU內(nèi)核及32位ARM Cortex-M1和CoreMP7內(nèi)核同用。其主要特點(diǎn)是系統(tǒng)內(nèi)可配置模擬功能支持眾多應(yīng)用，提供最大為8Mb的Flash內(nèi)存 ，擁有豐富的時鐘資源（模擬 PLL、精度達(dá)1%的RC振蕩器、晶振電路、實(shí)時計(jì)數(shù)器），以及Flash架構(gòu)。

方案推薦：65nm嵌入式快閃平臺

這一最新的65nm嵌入式快閃平臺用于構(gòu)建Microsemi下一代基于快閃的可定制SoC。Microsemi的低功耗智能混合信號和系統(tǒng)關(guān)鍵系列SoC具有四輸入查找表(LUT)架構(gòu)，將會集中使用現(xiàn)代化的65nm嵌入式快閃工藝。相比前一代產(chǎn)品，新器件密度能夠提高一個數(shù)量級，性能則提升一倍。新平臺能夠降低動態(tài)功耗65%，并提升Flash*Freeze特性以降低靜態(tài)電流。新平臺集成了ARM Cortex-M3 MCU,具有數(shù)千萬FPGA系統(tǒng)門和防篡改保護(hù)功能、防止過度建設(shè)的保護(hù)功能。新器件將備有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線接口，并集成增強(qiáng)的知識產(chǎn)權(quán)部件如嵌入式微處理器內(nèi)核、DSP模塊、高速收發(fā)器、存儲器接口、非易失性閃存和可編程模擬部件。

在現(xiàn)今的設(shè)計(jì)中，對低功耗、固件錯誤免疫力、安全性和高集成度需求很高，在65nm工藝節(jié)點(diǎn)，Microsemi能夠提高產(chǎn)品密度并改善功耗特性和性能，為工業(yè)、醫(yī)療、軍事/航天、航空、通信和消費(fèi)產(chǎn)品市場提供更多選擇。

該平臺由Microsemi與臺灣UMC合作，是業(yè)界首個65nm嵌入式快閃工藝，目前，Microsemi內(nèi)部業(yè)已完成首個商業(yè)化硅器件。與此同時，該公司還宣布了下一代基于快閃技術(shù)的耐輻射(RT) SoC的產(chǎn)品，第四代RT FPGA具有多達(dá)2000萬個系統(tǒng)門，提供更大的觸發(fā)器、存儲器和增強(qiáng)的嵌入式IP內(nèi)核陣列。這些器件將包括數(shù)字信號處理(DSP)模塊、PLL和高速接口(如SpaceWire、DDR2/3、PCI Express)，以便快速、有效地在片上和片外獲取數(shù)據(jù)。全新的基于快閃技術(shù)的FPGA架構(gòu)能夠緩減總體輻射劑量和單事件效應(yīng)(SEE)。