半导体

展开革命性创新 可编程技术势在必行

作者:电子信息产业网来源:中国电子报发布时间:2010-08-24 12:09我要评论

  对于大多数FPGA企业的决策者来说,他们一直都面临一个挑战:虽然FPGA具备这样或那样的优势,但过去20多年以来,这一行业仅形成了30亿美元的规模。如何加速拓展FPGA市场,能与坐拥上千亿美元的ASIC和ASSP真正相提并论?在这样的压力之下,最近两年,FPGA开展了一系列革命性创新:在摩尔定律的道路上走在最前沿,改变FPGA的设计流程,尝试推出满足系统工程师全部需求的单片方案……可以预见,未来几年FPGA将加速攫取原先属于ASIC阵营的150亿到200亿美元的市场份额。


  赛灵思公司总裁兼CEO Moshe Gavrielov
  可编程平台推动“中国创造”





 
未来10年内,随着中国经济从传统的“中国制造”向更有活力的“中国创造”的转型,中国有望在低成本创新方面成为世界的典范。3G手机、互联网以及视频监控、视频会议、远程医疗等新应用带来了永不满足的巨大带宽需求,这个需求正使全球通信基础架构“不堪重负”。这就导致通信基础架构及近20年来服务通信行业的相关半导体行业发生了重大变化。定制芯片设计成本高、复杂而且设计周期长,这对传统基础架构半导体供应商的业务能力提出了严峻挑战。
过去,中国在转型道路上的最大障碍之一,就是缺乏足够的资金来支持本土的技术开发。而现在,这一障碍正在消失。中国的企业家和市场领导者们一直都在想方设法大幅度降低研发成本,最大限度地降低风险,赢得差异化优势,并在当前竞争激烈的市场上以前所未有的速度快速推出创新的产品。中、小批量电子产品应用领域一度被看做是专用集成电路(ASIC)和专用标准电路(ASSP)的天下,32纳米及28纳米工艺技术的开发成本大约为9700万美元,随着复杂性的日益提高,功耗的增加和设计失误率的上升,IC高昂的开发成本和上市时间的推迟可能会对公司的业务带来灾难性的影响。因此,现场可编程门阵列(FPGA)正日益成为实现低成本创新的手段。
今天,中国的工程师们可以利用赛灵思器件的低风险和上市时间快的优势,来开发以前只有ASIC和ASSP才可以实现的多种应用。利用我们的可编程技术,中国的工程师们只需短短几周时间即可向市场上推出创新的新产品,同时大大降低研发成本。由于可编程芯片本身具有极高的灵活性,因此可以用来构建各种电子系统,在设计周期的后期也可以轻松应对标准和产品规格的变化,即使在产品已生产完毕并部署到现场后也不例外。
我们认为可编程技术势在必行。为满足永无止境的全球带宽需求,这一趋势正在加速。
全球领先的无线和有线通信公司都依赖可编程逻辑器件来构建全球通信基础架构。总体而言,快速上市的时间压力和必须灵活适应不断变化的标准和客户需求的压力,促使越来越多的行业采用可编程逻辑器件来代替ASIC和ASSP。今天,华为和中兴等通信基础架构提供商都在大力支持10万个TD-SCDMA基站的快速部署;此外,中国移动和中国联通正在全国范围内实施有线光纤入户(FTTH)网络,可编程逻辑器件在其中的支持作用功不可没。
为提高人们的生活质量,中国领先的原始设备制造商纷纷利用可编程平台在各个行业内大胆创新。
为推动低成本创新,赛灵思大量投资于3个关键领域,使更多的中国工程师可以受益于可编程技术:提供“现成的”目标设计平台,这是一个涵盖了开放标准、通用设计方法、开发工具和运行平台的平台,帮助系统设计人员更轻松地启动FPGA设计;推出全新的可编程平台,即基于最先进的28纳米半导体加工技术的7系列FPGA产品,该系列FPGA将继续推动“可编程技术势在必行”这一趋势的前行,树立功效、容量、性能和系统带宽方面的行业新标准;提供基于ARM的可扩展处理平台来支持嵌入式设计,满足客户不断发展变化的需求,这种设计不仅对传统的FPGA硬件设计人员有吸引力,对不熟悉FPGA但已经熟悉基于ARM的设计方法和生态系统的嵌入式系统设计人员来说,同样非常有用。


  爱特公司全球首席执行官John East
  助力工程师大胆放手设计





 
  多年来,业界一直都在津津乐道于FPGA的灵活性,并认为这些可编程器件最终将取代ASIC和ASSP。随着摩尔定律的持续前进,能够集成在单芯片中的特性功能也愈来愈丰富,因而FPGA势必在今天大多数系统设计的材料清单中占据更大的份额。
  对于大多数FPGA企业的CEO来说,过去挑战是:我们如何使成熟市场继续增长?我们能够继续为客户提供什么样的附加价值?
  爱特在3年前已经向市场推出了Fusion混合信号FPGA。相比其他FPGA公司提供的带软核处理器的“嵌入式”产品,这可是一个相当大的变化。在这3年中,我们更加了解了嵌入式设计人员的思路。
  嵌入式系统设计人员所需要的是能够满足其全部设计需求的解决方案。现在的微控制器现货产品通常缺乏合适的外设或外设数目,或者是可供配置的选项。不能选择正确部件的担忧往往会扼杀众多可能的创新,迫使设计团队妥协,选择折中的解决方案。从理想角度来看,它们真正想要的是一个可定制化的解决方案。大多数设计人员都是提前确定处理器内核,但在有些情况下,对其他各部分的要求在整个设计周期、直到最后一分钟都有可能改变。因此,大部分设计人员都期待有这么一个解决方案:包含嵌入式业界标准内核,并带有直观易用的设计流程,能够执行它们所选择的外设的经全面验证的IP组合,以及一个由业界领先工具组成的生态系统。最好还有与外界连接的片上可编程模拟功能。
  在过去,这些都只是梦想。而现在,SmartFusion在单芯片中整合了先进系统设计人员所需要的全部功能(ARM Cortex-M3微控制器子系统、全功能FPGA和可编程模拟电路),创建了一个真正的可定制系统级芯片解决方案,并拥有直观设计流程和生态系统的支持。
  FPGA的灵活性是无法取代的。在摩尔定律下,FPGA随时间不断演变,其功能的成本越来越低,而给系统带来的价值却越来越大。此外,FPGA也与时俱进,帮助系统设计人员适应日新月异的市场变化、外形尺寸的变化与成本压力,以及单个设计的全球性需求(一个设计,多个不同格式)。技术目标越来越受业务目标所支配,FPGA则成为当前能够轻松满足二者的唯一设计平台。与此同时,设计流程也在不断发展,各种限制和界限不断被打破。两种工具流程的差异在逐渐消失,故各类IC、微处理器和ASIC设计人员无需重新了解就可以设计FPGA。
  所以,虽然我们无法预测股市与经济走势等,但我们可以预计,很快SoC就将成为设计的起点,而不是终点。而且,一个集成FPGA、标准微处理器和可编程模拟电路的完全可编程器件,如Actel SmartFusion,最终很可能是设计中的唯一芯片。只有在需要时才在其周围采用一些分立式器件。随着FPGA现在已发展成为真正的、灵活的SoC,现在系统工程师可以大胆地放手设计了。


  Altera公司高级市场副总裁Danny Biran
  带宽需求为FPGA产业带来新机遇





 
2010年,FPGA产业最令人瞩目的发展机遇是满足越来越高的带宽需求,在以前仅采用ASIC和ASSP的应用中使用FPGA。
对最近的互联网应用稍作研究就可以看出,我们已经从注重处理器性能转向以带宽为中心。例如,美国发现研究所预测,到2015年,美国IP流量每年将达到泽字节(1021字节),即10兆兆亿字节。云计算、视频游戏、VOIP、照片共享和视频点播等宽带应用推动了这一需求增长。思科系统公司预测,到2013年,视频流量将占据互联网全部流量的90%%,而目前只有互联网全部流量的1/3。
在以带宽为中心的发展背景下,系统开发人员采用了高速串行协议。为解决这一带宽挑战,他们需要具有高速收发器的硬件,在这方面,最新的FPGA要比其他硬件解决方案更具优势。
不仅仅是通信市场对高速收发器有硬件需求,2010年需要收发器技术的还有逐步联网的工业自动化市场等。工业市场存在不同类型的机器、各行各业的工厂以及不同的需求等。有些是实时的,有些不是实时的;有的关注确定性时序。因此,有很多不同的标准,例如,ProfiNet和EtherCAT等。它们都采用以太网作为基本传送技术,但是有不同的侧重。
采用FPGA,用户在一个硬件平台上针对最佳应用使用合适的协议,这显然具有很高的性价比。这类应用在以前并没有使用FPGA。正是由于过渡到工业以太网技术,以及各种工业以太网协议的存在,工业自动化领域很快采用了FPGA。
随着从注重处理器性能转向以带宽为中心,采用硬件来支持最新通信协议这一趋势越来越明显。这正是FPGA的优势所在。
FPGA的另一优势是工艺技术。FPGA产业目前提供40nm工艺节点的器件,并在2010年发布28nm工艺节点器件,进一步拓展了工艺代。大部分ASIC设计在启动时采用了FPGA,发展到40nm以及未来的28nm,FPGA大幅度提高了密度和总体性能。因此,FPGA现在已经用于实现一直通过其他硬件解决方案完成的功能和应用,并在加速替代ASIC和ASSP。


责任编辑:电子信息产业网
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