無止境的帶寬需求、無處不在的互聯(lián)計算和勢在必行的可編程技術(shù)驅(qū)動FPGA市場迅速發(fā)展，F(xiàn)PGA行業(yè)目前市場規(guī)模已達(dá)到50多億美元，超過了一般半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展速度。未來其還將覆蓋ASIC、ASSP以及嵌入市場，市場約100億美元，潛力不可限量。下一個十年，F(xiàn)PGA將向更靈活、多重IP化、系統(tǒng)級芯片發(fā)展，F(xiàn)PGA將持續(xù)書寫創(chuàng)新，在軟硬件協(xié)同設(shè)計、工藝創(chuàng)新、集成創(chuàng)新的引領(lǐng)下實現(xiàn)更大的價值，甚至有人認(rèn)為FPGA未來的前景會比MCU更美好。
"當(dāng)你認(rèn)為設(shè)計完美的時候，不是因為沒有什么可以加，而是你不能再去除什么。"這話用在FPGA上是再合適不過了。從簡單的邏輯集成到現(xiàn)在集成ARM核、DSP、模擬電路、存儲器等無所不包的系統(tǒng)級集成，從純硬件開發(fā)到可以用C、C++或System C來開發(fā)，從此前價格高昂到現(xiàn)在低成本低功耗，從工藝的跟隨到成為先進工藝的引領(lǐng)和3D IC的成功，從傳統(tǒng)的通信、工業(yè)和軍工等應(yīng)用向消費電子、醫(yī)療電子、汽車電子、嵌入式市場等擴展，F(xiàn)PGA成為擴充我們想像力的"先鋒"。
如何把握未來市場，如何用新產(chǎn)品、新技術(shù)帶給客戶更多的價值，都是FPGA廠商需要做的功課。為此，我們采訪了業(yè)內(nèi)主要廠商賽靈思、Altera、萊迪思，制作了這個專題，方便廣大網(wǎng)友更迅速、更全面地了解FPGA行情動態(tài)及發(fā)展趨勢。
FPGA一直走在半導(dǎo)體工藝領(lǐng)先的前列，當(dāng)前集成度大幅提升，DSP、收發(fā)器等功能模塊更上臺階，通過集成ARM核來拓展嵌入式市場，加速取代ASIC/ASSP;但是成本、功耗、器件利用率等仍是FPGA發(fā)展的強勁阻力。
雖然FPGA行業(yè)的參與者屈指可數(shù)，競爭卻尤為精彩。作為行業(yè)領(lǐng)先者的Xilinx和Altera之間的較量從未停歇，近來這種斗爭大有從之前的劍拔弩張轉(zhuǎn)變?yōu)橐约扔袃?yōu)勢為基礎(chǔ)，固守疆域，進而轉(zhuǎn)化為更大的研發(fā)能量的趨勢;Lattice和Microsemi也針對中低密度市場展開博弈;后起之秀Achronix定位高端通信市場，積極搶攻FPGA市占。我們除了關(guān)心誰更勝一籌以外，更關(guān)注整體的競爭氛圍如何帶動大市場的進步，從而為工程師帶來更完善的FPGA產(chǎn)品。
作為可編程邏輯器件領(lǐng)域的兩大霸主，賽靈思與Altera實力旗鼓相當(dāng)，競爭愈演愈烈。在這場拉鋸戰(zhàn)中我們看到的不是你死我活局面，而是一種你追我趕的勁頭，正是由于這種良性的競爭發(fā)展，才帶動了整個行業(yè)的前進。
在工藝制程提升與構(gòu)架創(chuàng)新方面雙方不斷突破，各有千秋。賽靈思在3D IC， SoC 均保持領(lǐng)先一年到一年半的時間優(yōu)勢， SoC增強型工具套件更是FPGA架構(gòu)的突破。今年7月賽靈思宣布投片半導(dǎo)體界首個20nm器件同時也是PLD行業(yè)的第一個20nm的All Programmable器件， 最新行業(yè)首個ASIC級可編程構(gòu)架UltraScale，采用了一種更智能的布線方式，器件利用率可達(dá)到90%，且不降低性能或增加系統(tǒng)時延。并與TSMC合作為業(yè)界打造具備最快上市、最高性能優(yōu)勢的16nm FinFET FPGA產(chǎn)品。Altera將在下一代高端旗艦系列中采用的英特爾14nm FinFET工藝，這也是目前唯一可實現(xiàn)微縮先前節(jié)點的制程工藝，可在更低的功耗水平上顯著提供更高性能。此外Altera Stratix 10 系列還擁有增強的高性能構(gòu)架，可提供相當(dāng)于目前28nm高端系列2倍的性能優(yōu)勢，可根據(jù)客戶需求降低性能，并實現(xiàn)高達(dá)70%的功耗節(jié)約。
工具軟件對于充分發(fā)揮FPGA的功能、幫助設(shè)計人員迅速實現(xiàn)設(shè)計、評估和生產(chǎn)具有重要作用，因此也成為雙強的必爭地，并在原有軟件基礎(chǔ)上不斷推陳出新，力求最大競爭力。Altera的Quartus II軟件可提供業(yè)內(nèi)最高的編譯次數(shù)，可使客戶更快地設(shè)計他們的FPGA和收斂。并為Quartus II構(gòu)建的一些以生產(chǎn)率為中心的特性包括快速重新編譯、增量編譯和以團隊為基礎(chǔ)的設(shè)計。這些特性與軟件的先進綜合引擎相結(jié)合，幫助設(shè)計團隊共同有效和快速地完成他們的設(shè)計。賽靈思的Vivado設(shè)計套件不僅可支持大型設(shè)計的開發(fā)， 同時還能把生產(chǎn)力提升4倍，以便將此類大型設(shè)計迅速投產(chǎn)。Vivado平臺提供的眾多強大支持包括支持系統(tǒng)級的抽象、基于模型的編程、基于行為的編程以及IP提取和復(fù)用，通過增加自動化抽象所有硬件，這是為完全可編程器件提供的一種完全可編程的抽象。
在高端FPGA市場打的熱火朝天之際，定位中低密度市場的Lattice和Microsemi也沒有閑著。前不久雙方分別都和富昌電子簽訂了分銷協(xié)議，欲在中低端安防市場展開博弈。
在工藝制程競賽中Lattice顯得格外"淡定"，目前仍然主要提供130nm、90nm、65nm、和40nm工藝技術(shù)的器件。與依靠最高性能、最大的FPGA來競爭的廠商不同，Lattice則服務(wù)于移動設(shè)備類消費電子產(chǎn)品等需要非常低成本和功耗的應(yīng)用領(lǐng)域，這類客戶不是太關(guān)心是使用的哪一代的制程工藝。Lattice所有的開發(fā)套件都是專門設(shè)計，功耗是其主要關(guān)注的一個方面，除了提供工具讓設(shè)計人員能夠準(zhǔn)確地預(yù)測和測量器件的功耗，同時也正在開發(fā)先進的工具，大幅降低和控制功耗。最近推出的iCEstick評估套件幫助迅速評估和開發(fā)基于Lattice iCE40 mobileFPGA系列的移動解決方案。
Microsemi的重點是成本優(yōu)化市場，推出的SmartFusion2系列架構(gòu)基于非易失性、即時上電Flash技術(shù)，可以在系統(tǒng)管理應(yīng)用中省去伴隨FPGA的CPLD。在專注成本優(yōu)化的同時部署先進的工藝技術(shù)，Microsemi已經(jīng)與英特爾簽署了一項提供基于ASIC解決方案的協(xié)議，使用英特爾的22nm 3D Tri-Gate晶體管技術(shù)，使Microsemi成為同時可以提供較低端成本優(yōu)化可編程邏輯，又具備高端AISC能力的半導(dǎo)體供應(yīng)商。力求在成本優(yōu)化的FPGA市場中實現(xiàn)最高集成度。
在FPGA領(lǐng)域，Achronix算是新一代，要在市場上獲得勝出機會關(guān)鍵在于找到自己"最適合做什么"�；谶@一思想，Achronix把目標(biāo)放在更高性能需求的FPGA領(lǐng)域，力求差異化發(fā)展。
采用英特爾22納米3D Tri-Gate晶體管技術(shù)， Achronix Speedster22i系列號稱功耗是競爭對手同類器件的一半，主要針對通信、測試和高性能計算等應(yīng)用。
而在高端FPGA市場比拼的不只是產(chǎn)品性價比，還取決于系統(tǒng)工程能力如開發(fā)工具、軟件支持、IP、硬件配套等。再加上與英特爾合作剛有眉目的時候Altera也參與進來，一定程度上削弱了Achronix的殺手锏力量，因此日后發(fā)展如何還有待檢驗。
雖然FPGA的玩家并不多，但是在如何保持工藝技術(shù)領(lǐng)先、滿足不同客戶的需求、拓展未來市場方面都是有備而來。
單純靠工藝進步來提升FPGA性能已成"過去時"，賽靈思在工藝持續(xù)領(lǐng)先的同時，利用架構(gòu)的創(chuàng)新把FPGA取代ASIC 和ASSP的進程推向了全新的境界。2013年7月， 賽靈思宣布投片半導(dǎo)體界首個20nm器件同時也是PLD行業(yè)的第一個20nm的All Programmable器件，更實現(xiàn)了業(yè)界首款被稱為UltraScale 的ASIC級可編程架構(gòu)。賽靈思和TSMC已經(jīng)組成一支團隊， 聯(lián)合優(yōu)化FinFET工藝，打造擁有最快上市、最高性能優(yōu)勢的FPGA器件
對于14nm，Altera可謂信心十足。Patrick Dorsey表示："Altera是可以使用英特爾14納米三柵極工藝的唯一主要FPGA提供商，這意味著在高端FPGA市場，沒有其他主要的FPGA提供商能夠在功耗、性能和集成度方面進行競爭。英特爾的14納米三柵極是唯一真正可實現(xiàn)微縮先前節(jié)點的制程工藝。"
萊迪思沒有加入FPGA廠商的工藝技術(shù)競賽。Brent Przybus表示：萊迪思并不是靠擁有最高性能、最大的FPGA來競爭。恰恰相反，我們服務(wù)于完全不同的應(yīng)用領(lǐng)域和市場，如移動設(shè)備類消費電子產(chǎn)品，它們需要非常低的成本和功耗。事實上，大多數(shù)的客戶不是太關(guān)心使用的是哪一代的制程工藝。
無論怎樣出招，歸根結(jié)底就是要用新產(chǎn)品、新技術(shù)帶給客戶更多的價值。因為客戶不在意是什么工藝，而是更加關(guān)心能夠降低多少功耗、增加什么性能、減少多少投入、提高多少開發(fā)易用性、縮短多少上市時間。
楊 飛隨著FPGA步入28nm行列，不僅加速取代ASIC和ASSP，而且通過更多的集成與融合，打通了系統(tǒng)的"關(guān)節(jié)"。FPGA巨頭賽靈思的All Programmable FPGA、3D IC和SoC在28nm節(jié)點達(dá)到一個臨界閾值，這個閾值標(biāo)志著配備合適的IP和軟件，F(xiàn)PGA無論從規(guī)模還是速度方面均已經(jīng)成為系統(tǒng)的核心。
和全球一樣，通信行業(yè)一直都是FPGA應(yīng)用的重點，Xilinx Smarter Network解決方案就是專門為通信行業(yè)兒量身定制的。而針對更廣泛的市場，Xilinx Smarter Vision All Programmable解決方案正在引領(lǐng)眾多領(lǐng)域的系統(tǒng)變革創(chuàng)新。
Patrick DorseyAltera將在下一代高端器件系列中運用英特爾的第二代14納米三柵極 (FinFET)工藝。FinFET晶體管是數(shù)十年來晶體管領(lǐng)域最顯著的技術(shù)創(chuàng)新，在更低的功耗水平上顯著提供更高性能。Altera是可以使用英特爾14納米三柵極(FinFET)工藝的唯一主要FPGA提供商。
當(dāng)前，F(xiàn)PGA是真正的片上系統(tǒng)。除了可編程結(jié)構(gòu)，如今的FPGA將硬件處理系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、內(nèi)存和硬件IP集成在內(nèi)核結(jié)構(gòu)中。對于開發(fā)這些高度精密的器件，Altera的策略是為硬件設(shè)計人員、嵌入式開發(fā)者和軟件程序員提供高品質(zhì)、以生產(chǎn)率為中心的設(shè)計工具、提前驗證的IP內(nèi)核和開發(fā)板。
Brent Przybus萊迪思不斷在評估各種制程工藝，力求在成本、功耗、大小和上市時間方面，達(dá)到最佳的平衡。然而，萊迪思沒有加入另兩家更大的FPGA廠商的工藝技術(shù)競賽。"我們并不是靠擁有最高性能、最大的FPGA來競爭。恰恰相反，萊迪思服務(wù)于完全不同的應(yīng)用領(lǐng)域和市場，如移動設(shè)備類消費電子產(chǎn)品，它們需要非常低的成本和功耗。
萊迪思專注于許多市場，它們的一個共同的需求就是低成本、低功耗和小封裝。移動設(shè)備類消費電子市場無疑是這類需求的一大主要市場，我們能夠充分利用我們的研發(fā)成果并且提供解決方案，適用于小型蜂窩無線設(shè)備、接入和邊緣有線通信設(shè)備、工業(yè)控制與自動化、汽車輔助駕駛、便攜式監(jiān)控以及消費類機頂盒、平板電腦和游戲機。
賽靈思首個ASIC級可編程構(gòu)架
賽靈思 Vivado設(shè)計套件將速度提高四倍
Lattice iCEstick評估套件可以很容易的插入USB端口
Altera 28nm器件系列產(chǎn)品
Microsemi高集成度IGLOO2 FPGA
Achronix 22納米Speedster22i系列FPGA
Altera Arria 10和Stratix 10
Lattice iCE40
Microsemi的SmartFusion2