FPGA推動(dòng)新工藝
Xilinx CTO Ivo Bolsens認(rèn)為，從技術(shù)角度來說，F(xiàn)PGA技術(shù)在2007年出現(xiàn)的變化主要有兩點(diǎn)：
Virtex-5 LXT和SXT平臺(tái)提供了內(nèi)建的PCI Express端點(diǎn)和千兆以太網(wǎng)模塊，得到在成本和易用性方面都處于地位的全面高速串行I/O設(shè)計(jì)解決方案的支持。同時(shí)，SXT平臺(tái)提供了極高的DSP性能，以及強(qiáng)大的Virtex-5串行I/O解決方案。
65nm工藝技術(shù)可幫助電子工程師改進(jìn)設(shè)計(jì)，帶來很多優(yōu)勢(shì)。包括：更小的幾何工藝尺寸可帶來巨大的優(yōu)勢(shì)；更小的晶體管尺寸可支持規(guī)模、速度快的FPGA；三極柵氧化層技術(shù)極大降低了靜態(tài)功耗；更多金屬層提供了更好的可布線能力和IP植入能力；片芯（Die）尺寸的縮小進(jìn)一步降低了中等密度器件的成本；低K介電材料和應(yīng)變硅技術(shù)提供了更高的速度；在23mm×23mm尺寸的芯片上集成了超過10億只晶體管。
二、面向解決方案的FPGA開發(fā)。Xilinx去年4月份推出的DSP平臺(tái)SPARTAN-DSP系列使XtremeDSP 產(chǎn)品線擴(kuò)展為針對(duì) DSP 優(yōu)化的平臺(tái)。豐富的器件選擇為 DSP 工程師提供了靈活性，從而使他們能夠選擇性能器件的組合滿足應(yīng)用要求，并可方便地實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)間的設(shè)計(jì)移植。
2007 年 11月，賽靈思推出新一代完整的嵌入式處理解決方案，開啟可配置處理新時(shí)代。在范圍廣泛的多種應(yīng)用領(lǐng)域，為設(shè)計(jì)人員提供增強(qiáng)的系統(tǒng)級(jí)性能、更大的靈活性和更高的設(shè)計(jì)環(huán)境生產(chǎn)力。
四大應(yīng)用增長(zhǎng)領(lǐng)域
Bolsens認(rèn)為，從應(yīng)用角度看，F(xiàn)PGA正在向更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。隨著全球無線基礎(chǔ)設(shè)施持續(xù)從原有標(biāo)準(zhǔn)遷移到TD-SCDMA 和 LTE（長(zhǎng)期演化）技術(shù)，半導(dǎo)體行業(yè)總體上呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。這一應(yīng)用需要極高性能的數(shù)據(jù)處理和DSP能力——這是高性能FPGA的理想應(yīng)用之一。對(duì)于Xilinx公司來說，這意味著激動(dòng)人心的機(jī)會(huì)，因?yàn)閄ilinx FPGA提供了高性能數(shù)據(jù)處理和DSP能力，同時(shí)還提供了可編程邏輯靈活性以及更快的上市時(shí)間。
在汽車領(lǐng)域，輔助駕駛應(yīng)用正在飛速增長(zhǎng)。此前只有在高端豪華車型中才有的電子輔助駕駛系統(tǒng)正在普及到主流汽車市場(chǎng)中。市場(chǎng)分析人士預(yù)計(jì)駕駛輔助系統(tǒng)的需求在2007年到2012年期間將增長(zhǎng)5倍。
平板顯示市場(chǎng)是電子行業(yè)中另一個(gè)增長(zhǎng)快的領(lǐng)域，這主要得益于價(jià)格的持續(xù)下降以及政府大力推行數(shù)字規(guī)劃項(xiàng)目。FPGA在支持這些顯示技術(shù)背后的眾多關(guān)鍵技術(shù)方面扮演了關(guān)鍵角色。Xilinx的Spartan 系列器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于眾多的平板顯示器產(chǎn)品中。隨著平板顯示器生產(chǎn)商不斷擴(kuò)張產(chǎn)能滿足消費(fèi)者的需求，平板顯示市場(chǎng)成為Xilinx公司快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)之一。根據(jù)iSuppli的數(shù)據(jù)，全球LCD和PDP電視的出貨量到2009年將達(dá)到近8000萬(wàn)臺(tái)。
隨著便攜式電子設(shè)備制造商不斷向市場(chǎng)推出新產(chǎn)品，移動(dòng)設(shè)備也為PLD帶來巨大的機(jī)會(huì)。今天的設(shè)計(jì)人員越來越多地將視野轉(zhuǎn)向ASIC和ASSP的固定架構(gòu)之外，以充分利用可編程邏輯內(nèi)在的設(shè)計(jì)靈活性和上市時(shí)間優(yōu)勢(shì)。除了需要更高的性能以外，消費(fèi)者現(xiàn)在還需要更高的易用性——iPhone就是一個(gè)很好的例子。Bolsens認(rèn)為，PLD使得設(shè)計(jì)人員能夠利用易用性特點(diǎn)使產(chǎn)品在市場(chǎng)上脫穎而出，同時(shí)還可以加快產(chǎn)品推向市場(chǎng)的速度。遵循摩爾定律的穩(wěn)定行進(jìn)，PLD現(xiàn)在可以同時(shí)滿足這一快速增長(zhǎng)的移動(dòng)設(shè)備市場(chǎng)對(duì)成本和功耗方面的苛刻要求。
技術(shù)演變趨勢(shì)
目前FPGA已經(jīng)用于各種各樣的應(yīng)用。根據(jù)Xilinx的歷史紀(jì)錄，與1999年初期相比，F(xiàn)PGA的成本降低了500倍，邏輯容量提高了200倍，功耗降低了50倍，速度加快了40倍。2008年，Xilinx將繼續(xù)推動(dòng)FPGA成本、邏輯容量、功耗和速度的不斷演進(jìn)。
Bolsens表示，預(yù)計(jì)到2010年FPGA在價(jià)格上還會(huì)繼續(xù)降低5倍，容量增大5倍，在每瓦消耗的功耗上面會(huì)有更多的功能，速度也會(huì)增加5倍。到2010年，F(xiàn)PGA的工藝技術(shù)會(huì)從65nm發(fā)展到45nm, 32nm，F(xiàn)PGA解決方案的總體成本低于 ASIC的總體成本，F(xiàn)PGA密度將達(dá)到100萬(wàn)邏輯單元，分等級(jí)的片上存儲(chǔ)模塊將大于10MB，性能接近1GHz，I/O 帶寬達(dá)到 terabit 級(jí)別，DSP 性能實(shí)現(xiàn)1000 GMAC/s，嵌入式處理器性能達(dá)到3500 DMIPS,現(xiàn)場(chǎng)可編程成為延長(zhǎng)產(chǎn)品生命周期必不可少的技術(shù)。
Bolsens指出，未來還有一個(gè)更革命性的變化就是利用迭堆封裝——一個(gè)封裝里面放多個(gè)裸片，這樣FPGA平臺(tái)就會(huì)成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、虛擬的SoC的平臺(tái)。
系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)FPGA提出新的要求
Bolsens認(rèn)為，可編程邏輯的魅力在于其靈活性——PLD幾乎可以用于任何電子系統(tǒng)，因此并沒有迫切的壓力開發(fā)新產(chǎn)品以滿足任何特定“熱點(diǎn)”應(yīng)用的需要。
另一方面，為特定應(yīng)用提供適合的功能組合也是降低系統(tǒng)成本的好方法。通過針對(duì)特定應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行器件優(yōu)化，Xilinx提供了行業(yè)內(nèi)廣泛的解決方案，包括獨(dú)特的核心功能組合，如邏輯、存儲(chǔ)器、并行和串行I/O、嵌入式處理器、DSP功能以及其它適于特定應(yīng)用要求的功能。
Bolsens表示，Xilinx 90nm和65nm工藝的新產(chǎn)品所贏得的設(shè)計(jì)數(shù)量屢創(chuàng)紀(jì)錄。亞洲的客戶正在采用Xilinx公司的解決方案來滿足2008年北京奧運(yùn)會(huì)熱點(diǎn)應(yīng)用的技術(shù)和上市時(shí)間要求，這些應(yīng)用包括電信、安全、測(cè)試設(shè)備和消費(fèi)電子產(chǎn)品等等。 他進(jìn)一步表示，奧運(yùn)會(huì)確實(shí)會(huì)影響全球?qū)Ω叻直媛势桨咫娨暤男枨螅?ldquo;一旦你曾經(jīng)在高分辨率下觀看過體育賽事，就不愿意再回到較低分辨率，這是完全不同的觀看體驗(yàn)。”
Bolsens認(rèn)為，高分辨率將對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的演化和改造帶來重大影響。為支持海量帶寬（三網(wǎng)合一挑戰(zhàn)），遺留基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備需要進(jìn)行升級(jí)。在中國(guó)轉(zhuǎn)向光纖或無線網(wǎng)絡(luò)的過程中，這一點(diǎn)尤其突出。北京2008年奧運(yùn)會(huì)對(duì)于移動(dòng)設(shè)備也將造成重大影響——消費(fèi)者希望能夠在移動(dòng)設(shè)備上實(shí)時(shí)觀看比賽。
FPGA面臨的新挑戰(zhàn)
數(shù)字化浪潮的影響無處不在。Bolsens表示，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，沒有人能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出下一個(gè)殺手級(jí)應(yīng)用（Killer Application）是什么，但可以肯定的是，人們的生活中將出現(xiàn)越來越多的智能系統(tǒng)，監(jiān)控健康狀況，保護(hù)安全以及提升生活舒適度。成千上萬(wàn)的傳感器和制動(dòng)器件將會(huì)生成和操控實(shí)時(shí)的數(shù)字信號(hào)，控制人們的個(gè)人環(huán)境。這些應(yīng)用肯定會(huì)帶來對(duì)集成10億只以上晶體管的單芯片的需求。
Bolsens表示，從現(xiàn)在開始，在不到10年的未來時(shí)間里，我們將在一個(gè)虛擬的世界中工作、生活。這一虛擬世界提供的在線環(huán)境將比今天的互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)倍。這些虛擬世界，就像“第二生命”（Second Life）和“魔獸世界”（World of Warcraft）一樣——需要大量的3D實(shí)時(shí)計(jì)算能力。
在海量虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)、復(fù)雜3D渲染模型以及實(shí)時(shí)動(dòng)畫的推動(dòng)下，人們將會(huì)見到真正的數(shù)據(jù)爆炸。對(duì)數(shù)字處理能力的需求將會(huì)使Google的數(shù)據(jù)中心相形見絀。這些趨勢(shì)發(fā)展的腳步如此之快是非常令人震驚的。
Bolsens指出，今天的處理器平臺(tái)要達(dá)到支持上述應(yīng)用所需要的計(jì)算能力的水平還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。這些新趨勢(shì)，結(jié)合不斷加大的上市時(shí)間壓力和缺乏標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)實(shí)，不斷推動(dòng)了對(duì)可編程和可擴(kuò)展計(jì)算平臺(tái)的需要。這些平臺(tái)要能夠提供可觀的實(shí)時(shí)計(jì)算能力以及低功耗性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有處理器的水平。面對(duì)不斷增長(zhǎng)的數(shù)字信號(hào)處理的需求，F(xiàn)PGA越來越多地處于此類高性能可編程平臺(tái)的核心中。
Bolsens強(qiáng)調(diào)，未來的系統(tǒng)將需要更高的可編程能力，因?yàn)槭袌?chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)是“個(gè)性化的大眾市場(chǎng)”?？蛻粝Ｍ?ldquo;標(biāo)準(zhǔn)的”產(chǎn)品能夠根據(jù)他們的特定要求而定制。例如，標(biāo)準(zhǔn)的可編程遠(yuǎn)程控制設(shè)備可以重新進(jìn)行配置用于家庭內(nèi)網(wǎng)絡(luò)化視頻和音頻設(shè)備、安全系統(tǒng)以及家用電器的通用控制。FPGA可以滿足這個(gè)要求。首先，F(xiàn)PGA是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品；其次，F(xiàn)PGA是可編程產(chǎn)品；第三，F(xiàn)PGA提供的性能水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了任何其它可編程平臺(tái)。