FPGA

FPGA技术的优劣势分析

2020-02-23 10:39发布

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尽管FPGA（现场可编程门阵列）从诞生至今只有20多年的历史，但作为一个新兴产业，FPGA已经取得了辉煌的成就。8月28日，中国电子报社在成都举办了“2009中国FPGA产业发展论坛”，FPGA企业的代表、系统企业的代表、市场调研公司的分析师以及关注FPGA产业的各界人士共聚一堂，热烈探讨FPGA产业的发展现状和未来趋势。

灵活性凸显FPGA优势
从工艺技术来看，和CPU一样，FPGA始终走在半导体产业的前列，如今已跻身40纳米阵营；就应用领域而言，FPGA已从最初的通信领域向各行各业扩展。在美国赛灵思公司亚太区市场及应用总监张宇清看来，市场的迅速变化、企业对成本和资金投入的控制以及技术的创新是FPGA产业发展的3大推动力。在本次论坛的专题演讲中，张宇清表示，FPGA的可编程特性使得该器件具有独特的灵活性，可以帮助系统厂商在最短的时间内推出产品并实现产业化；随着工艺的进步，ASIC产品所需的NRE（一次性工程）成本越来越高，受企业研发资金的约束，ASIC在很多市场领域已被FPGA取代。
同时，FPGA厂商也致力于为客户提供更全面的服务。来自Altera公司亚太区的DSP高级技术专家王水表示，FPGA厂商提供给客户的不仅仅是简单的芯片，而且要包括功能非常强大的IP，还要有非常完善的参考设计，另外，还要为客户提供非常专业的技术支持。
   Actel公司亚太区技术经理兼高级市场应用工程师戴梦麟则向与会人士介绍了面向低功耗需求的图形化设计方案———MPM(混合信号电源管理)。该方案基于Actel公司独特的具备模拟功能的FusionFPGA，整个方案无需重新编程，在明显提高整体电源管理效率的同时也提高了工程师的工作效率。
不过，FPGA在应用中的不足之处也比较明显。即便是来自FPGA企业的人士也承认，如果仅就单个芯片的成本而言，FPGA是不占优势的，这就不利于其在大规模应用中的推广；此外，功耗问题也是制约FPGA产业快速成长的一个因素。
消费市场重在快速反应
全球主流半导体厂商在消费电子领域的竞争早已是刺刀见红，而在该领域，FPGA还是一个新兵。张宇清表示，FPGA在消费电子产品中应用的瓶颈在于成本和功耗，如果跟ASIC比拼的话，还是有一定距离的，尽管这种差距在不断缩小；另外，在消费电子领域，FPGA和ASIC都还要面对ASSP的挑战。
基于FPGA的设计能帮助终端产品缩短上市时间，这使得FPGA在消费电子领域有更多的应用。据张宇清介绍，在LCDTV领域，一些日本和韩国厂商在推出40英寸以上的LCDTV的时候，其第一代产品往往是用FPGA来做主芯片的。利用FPGA的可编程特性还有一个好处就是可以降低库存，系统厂商用同样的PCB，可以支持全世界不同的市场需求和功能，每一次配置都可以实现不同的功能。
四川虹微技术有限公司应用开发组经理高君效也认为，FPGA在消费电子领域的应用，其最重要的优点体现在一个“快”字。他表示，随着市场的细分，终端企业要保持较高的毛利率就必须尽快地抢占市场，否则就会面临破产。
而FPGA具有开发周期短的特点，这对于终端企业而言是很有吸引力的。
对于FPGA在消费电子领域的应用，高君效强调的另外两个字是“服务”。他认为，服务在消费电子市场是一个非常重要的环节，FPGA厂商不仅要帮助客户快速推出产品、推出方案，也要帮助客户的客户考虑问题，让客户的客户觉得生产比较方便、灵活而且实用；另外，FPGA厂商也应该想办法帮助那些设计能力不是很强的客户，让他们快速地定位自己的终端产品，并且能够快速地发现产品的问题所在，同时提出维修的建议。这样，FPGA产品就会在竞争的天平中获得更重的砝码。
通信应用谨防黄雀在后
通信领域一向是FPGA应用的主战场，曾经占FPGA整体市场份额的80%以上；随着FPGA应用领域的扩展，这一比例有所下降，但仍然维持在50%左右。可见，通信领域是FPGA主流企业的必争之地。事实上，对通信设备厂商而言，他们的选择不仅仅是FPGA，ASIC和通用的CPU/DSP也是颇有竞争力的选项。中兴通讯IC总工程师陈月峰表示，在通信设备中，这3种产品的使用量基本是接近的，在不同的需求中各有侧重。
陈月峰认为，与ASIC相比，FPGA的开发周期非常短，非常适合需要快速推向市场的产品；跟通用CPU和DSP相比，在需要高带宽数据处理的领域，FPGA更能体现它的优势。在通信领域，协议标准的演进趋势对FPGA也比较有利。“一般来说，在协议标准演进前期，协议变化非常剧烈，通信设备厂商会倾向于选择FPGA；到协议标准演进后期，协议相对比较稳定，就会采用ASIC。”陈月峰在演讲中表示，“现在的趋势越来越趋向于多标准演进，无论是无线通信还是有线通信，单一制式和单一标准的演进都已经基本不存在了，所有都是多标准演进。由于多标准演进的时间不是同步的，所以FPGA的应用范围就不断扩大，而ASIC的应用范围就日益缩小。另外，通信产品个性化定制的需求越来越强烈，产品要求多样化。设备厂商的每一个产品针对某个客户都会有一些定制的需求。由于FPGA具有可编程的特 {MOD}，灵活性很强，所以一般会被作为首选。”
在通信领域，FPGA的应用也面临不少威胁，多核DSP/CPU的应用就是一个有力的挑战者。据陈月峰介绍，目前TI、飞思卡尔等公司在多核DSP里集成了很多硬件加速单元，同时其DSP的频率也越来越高，这种趋势使得通信厂商可以把一些核心功能放到DSP中去处理，只把一些高速数据传输的功能用FPGA来实现，FPGA在通信核心功能的应用市场缩小，而被挤压的部分恰好是中高端FPGA产品；其次，SoC的应用推动内嵌CPU/DSP核的ASIC开发，多核CPU/DSP架构加硬件加速器的架构同样可以在ASIC中实现，虽然其DSP的功能比高端DSP产品弱，但也能满足通信设备厂商的需求；另外，介于FPGA和ASIC之间的技术的结构化ASIC(eASIC)也利用其开发周期短和成本低的优点开始挤占低成本FPGA的市场。
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