FPGA应用

在工艺不断进步的推动下, FPGA产品在逻辑密度、性能和功能上有了极大的提高,同时器件成本的大幅下降,也使得电子设计工程师逐渐倾向于在越来越多的设计方案中采用可编程逻辑器件。在经历了低功耗、低成本以及先进工艺的瓶颈后,FPGA不断以其可编程和灵活性向更多领域渗透,而众多厂商的加入更使得FPGA市场日趋白热化。

为抢进 ASIC市场,Xilinx提供多元化终端市场解决方案,并重点锁定通信、消费性电子、汽车、存储/服务器、工业和航空/国防六大主要市场同时,Xilinx也把FPGA从可编程逻辑领域扩展到技术领域,如高性能DSP、高性能嵌入式处理和高速串行连接。与此同时Xilinx也把产品线从四种主要芯片技术集成到一个单一可编程器件上,如Virtex-4多平台FPGA系列。对于上述策略,Xilinix表示,Xilinx在中国通信市场特别是无线基站市场处于领先地位,同时也一直在消费性电子和汽车市场寻求高增长的机会,如平面显示器、机顶盒、PDA、MP3播放机、数码相机、多媒体系统和GPS导航设备。Xilinx不仅向DSP、嵌入式处理和串行连接工程师提供关于FPGA相比ASIC的使用优势方面的培训,而且还教设计工程师如何简便地在可编程芯片上进行系统级设计。

日前Actel公司刚刚推出的混合信号(Mixed-Signal)FPGA产品——Actel Fusion融合可编程系统芯片(PSC)更是把目标锁定了ASIC市场。Actel公司产品市务总监Martin Mason表示,Actel Fusion器件由于在单片可编程系统芯片中集成了混合信号模拟电路、Flash内存和FPGA架构,让设计人员迅速从概念步向完整的设计,并向市场推出功能丰富的系统。其应用主要包括电源管理、智能电池充电、时钟生成和管理及机电控制等,FPGA将为这些应用领域带来可编程逻辑的优势,而这些应用在之前一直是被价格高昂并且耗费空间的分立模拟元器件或混合信号ASIC解决方案来统 治的。

除工艺技术不断推进、产品价格不断降低外,产品的应用领域也有相当大的转变。Xilinx指出,2000年以前,网络的热潮助长了FPGA在通讯市场的应用,并成为FPGA最主要的应用市场及营收来源。然而2000年网络泡沫化后,FPGA的应用市场已逐渐重组,虽然在通讯方面的应用仍旧持续,但增长率已趋于缓和,在消费性电子市场以及车用市场的增长率相对强劲,尤其是消费性电子领域,将从2002年仅6%的比例劲增至2008年的18% 。

消费性电子市场发展强劲

    Lattice表示,近年来消费类电子增长迅猛,增长态势甚至超越了传统通讯类产品。Lattice推出EC/ECP、MachXO、XP系列低成本、高性价比PLD产品,是传统CPLD和FPGA的有力补充,2006年Lattice将进一步推出90nm低成本器件和高端产品,以满足市场需求。

    Altera指出,从产品生命周期来看,传统领域的生命周期比较长,往往会持续3~5年,而且需求量的变化也比较温和。但新兴数字消费领域的生命周期往往只有一年的时间就会被更新的产品所替代,但需求量的变化却是突发的,迅猛增加再迅猛衰减,在这种情况下,FPGA就非常必要,因为它正好具备了新兴数字消费产品所需要的高度灵活性及快速开发上市的特点。

    “消费电子应用是增长最快的PLD市场之一”, Xilinx引用Gartner Dataquest的数据指出,到2008年消费类PLD的整个可利用市场将达到11.85亿美元。Xilinx从1998年便开始研发消费电子应用,并于当年生产首枚Spartan FPGA产品,1999年CoolRunner CPLD问市。他同时强调,目前Xilinx专注于消费电子产品市场,并且其收入比例超过公司总收入的25%,累计Spartan生产收入超过13亿美元。

    而从日前Xilinx发布的可编程ExpressCard解决方案、数字电视解决方案以及手机开发平台等一些列消费电子解决方案更可看出Xilinx对消费电子市场的重视程度。Xilinx垂直市场营销主管David Gamba指出,数字显示器是Spartan-3E器件的主要目标应用,Xilinx拥有Spartan-3E显示器解决方案平台和丰富的IP产品支持; 而智能手机则是CoolRunner-II器件施展身手的天地,手机平台通过整合基于Xilinx CoolRunner-II CPLD系列的子卡,可演示一种经过验证的方法,该方法通过整合新特性和提供协处理功能,能比现有设计方法更快地推出先进手机特性,并同时满足消费市场苛刻的功耗、尺寸和成本要求。

    安全保密的FPGA技术十分适合消费电子应用,Martin Mason认为,以Flash技术为基础的FPGA功耗极低,非常适用于便携式产品中。而越来越多的消费电子和通信产品向便携式方向的发展,使得功耗成为采用FPGA的便携式产品的关注焦点。

车用电子领域后势可期

    除消费性电子市场外,另一个让FPGA业者眼睛为之一亮的当推车用电子市场,包括Actel、Altera、Lattice与Xilinx等均在该市场有所着墨。

    Xilinx指出,FPGA主要可用于全球卫星定位系统(GPS)、车内娱乐及Telematics(远程信息处理)系统等。Xilinx的XA系列可编程逻辑器件已通过包括AEC-Q100检验程序、ISO-TS16949认证与PPAP(Production Part Approval Process)等相关认证,除欧洲市场有所收获外,在美国市场也已获得BMW的高端车种采用。至于在亚太地区的车用市场,则首选韩国及澳洲等地,中国大陆也是未来很有潜力的市场。

    Altera则表示,FPGA目前在车用电子上最多的是用于车内显示屏,由于这方面的应用没有一定的标准,从6英寸、8英寸、12英寸均有可能,加上所要处理的数据格式也相当多样,没有特定的绘图芯片或影像控制芯片能符合其应用,因此相当适合FPGA。Altera补充道,Altera在车用市场经营已久,相关的产品均可符合车用的温度规范,过去几年主要聚焦在显示屏、Infotainment(Information和 Entertainment的合成)与导航等应用。为了掌握车用电子市场的动向,Altera还在六大事业单位中成立AIM(Automotive Industry and Military)部门,特别关注车用电子市场的发展。

    一直以来以FPGA安全性诉求为产品特色的Actel则强调,该公司产品特性非常适合用于车用市场。Actel表示,车用市场对于产品的可靠性与安全性要求较高,而Actel本身产品特性原本就相当符合车用电子的要求,因此产品运用于车用市场的时间很早,比例也相当高,主要产品以Antifuse系列为主,应用的领域包括Telematics、引擎控制单元(Engine Control Unit, ECU)、仪表板、显示屏等。他认为,车用市场的增长较为平稳,但增长比率将愈来愈高,每年约以10~20%的比例持续增长。

    Actel公司表示,Actel以Flash为基础的FPGA设计已瞄准了要求严格的车用电子场合(如引擎管理控制)、各种安全系统(如智能气囊管理)以及种种仪表板上的安全、防盗和信息娱乐系统。在Fusion融合器件的FPGA结构中加入模拟电路和Flash内存,使得Fusion器件成为汽车的理想选择。

    除可靠性与安全性要求外,车用电子产品的生命周期也短,且对产品上市时间与功能的要求也相当严格,特性与消费性市场颇为相似,再加上增长可期,也让FPGA各厂商不约而同地将触角延伸至此。但Lattice认为,车用电子器件有一定的门坎,且目前相关的技术也已成熟,因此切入不易,反倒是车用娱乐系统的机会较大,FPGA可扮演加速上市的角色,通过FPGA可以协助业者轻松将它实现。

厂商积极布局国内市场

    据iSuppli预测,2004~2009年,中国计算机设备市场的年复合增长率为11.4%,2006年市场规模将达到1,132亿美元,比2005年增长约15%,该市场主要受笔记本电脑、显示器和台式电脑的需求推动。得益于消费性电器、电视和数码相机领域的推动,2004~2009年中国消费电子设备市场的年复合增长率将为9.8%,将从2005年的586亿美元增至2006年的649亿美元,增长率为11%。与此同时,国内无线通讯设备和有线通讯设备市场也将分别达到5.9%和4%年的年复合增长率,中国市场无疑成为全球关注的焦点,从各FPGA厂商布局国内市场的状况便可见一斑。

Xilinx挑战关键研发

    随着市场竞争日益激烈,设计工程师需要比以往任何时候都更加专注于更高性能、更低成本、更快上市速度及更多的产品差异化等关键研发挑战,Xilinx认为,FPGA由于是标准产品,没有重发性设计成本(NRE),因此能为设计工程师提供更快、更便宜地推出新产品,以击败竞争对手和顺应产品周期越来越短的市场趋势的方法。同时,FPGA的可再编程特性对仍处于标准制订阶段及高度竞争状态的中国最终市场而言具有极大的好处。

    Xilinx目前在中国大陆占有近50%的市场份额,采取的主要合作策略便是与中国当地主要的电信和消费电子厂商合作,其中亚太地区最大的5个客户中有3个是中国公司。Xilinx表示,通过与中国合作伙伴深圳依元素科技有限公司合作,Xilinx拥有了一个覆盖中国10个城市的授权培训伙伴网络(ATP),向当地的研发工程师提供最新的PLD设计方法培训,并为很多中国的热门应用提供参考设计和系统结构图,其中包括数字电视显示器、机顶盒、无线基站和移动手机等应用。而且每个培训中心都提供19种国际标准设计课程。

Lattice宣传炮火全开

    Lattice则是率先在国内建立研发中心的PLD厂商,目前Lattice在上海设立200多人的研发中心,在北京、上海、深圳、香港分别设立技术支持和销售办事处,以优质的服务赢取不断增长的市场份额。Lattice表示,Lattice的中国发展策略是与中国PLD事业共同发展,达到双赢的局面,而且技术投入比例也很大。此外,Lattice也将在中国开展全面系统的宣传推广活动,如大学校园计划投资、开展设计竞赛、举办网络培训等。

    Lattice认为,FPGA必须从传统的不断增加规模的竞争中另辟蹊径,给用户以灵活的低成本、高性价比的选择。他指出,低成本是主流趋势,高性价比则是建立在技术不断创新的基础上的,而灵活性则必须要抓住客户的应用特征,提供实时的解决方案,这也是Lattice不断完善低成本PLD框架,从CPLD、MachXO到XP,以及从EC/ECP到下一代低成本器件的精髓所在。

Altera主打通讯市场保卫战

    Altera表示,大陆是新市场,且扩充非常快,如通讯领域,而且Altera在通讯领域的占有率也非常高,公司将采取防守的策略维持现有的领地。消费性电子产品领域,诸如DTV与IPTV等这些产品在大陆的内需市场(Domestic Market)非常大;此外像医疗(Medical Electronic)、工业市场(Industry Market)则相当多元化,目前Altera采取的是比较保守的态度,谨慎经营。

Actel扩大团队并强化合作

    Martin Mason乐观地表示,未来Actel将继续增加对中国市场的投资,包括扩大销售和技术支持工程师队伍,以及加强在设计、制造和技术支持方面的伙伴合作。他指出,Flash技术的优势对消费电子和工业市场尤其具有吸引力,而中国的供应商已经在这些领域占据着很高的市场渗透率,因此对Actel来说这将是一个很好的机会。

FPGA角色日益多元化

    在半导体工艺技术的进步与各厂商的深耕下,FPGA角色已日益多元化。当新一代低成本、高功能的产品陆续推出后,除将逐渐侵蚀低价且少量的ASIC应用市场外,消费性电子产品的迅猛增长以及汽车电子潜在的增长趋势,也将压缩传统用于通讯市场的高端产品需求量,国内巨大的市场潜力更成为各PLD厂商厮杀的主战场。然而使用FPGA进行开发,对多数使用者而言可能是全新的体验,因此,如何降低进入门坎、建立客户良好的使用经验,或许是FPGA扩大应用领域的先决条件。

 

 



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