FPGA的技術(shù)市場(chǎng)特點(diǎn)

王 瑩

摘要：本文通過(guò)對(duì)FPGA行業(yè)主要的市場(chǎng)調(diào)查公司、供應(yīng)商和第三方合作伙伴的訪問(wèn)。力圖揭示PPGA近期的市場(chǎng)特點(diǎn)及發(fā)展態(tài)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：FPGA；Xilinx；Altera；Acrel；Lattice；Altium；Garmer

隨著FPGA硬件成本的大幅降低，以及平臺(tái)化和生態(tài)系統(tǒng)的逐漸完善，F(xiàn)PGA正在電子設(shè)計(jì)中扮演越來(lái)越重要的位置。

FPGA近期市場(chǎng)特點(diǎn)

Gartner公司主要負(fù)責(zé)半導(dǎo)體預(yù)測(cè)和FPGA的副總裁兼首席分析師Bryan Lewis在接受《電子產(chǎn)品世界》編輯采訪時(shí)認(rèn)為，最近FPGA市場(chǎng)有這樣幾個(gè)顯著特點(diǎn)：(1)2009年2和3季度，F(xiàn)PGA失去了在PC和移動(dòng)電話(huà)市場(chǎng)的發(fā)展；(2)軍事和無(wú)線基站成了2009年FPGA最好的市場(chǎng)；(3)2009年FPGA市場(chǎng)有小幅的下降(如圖1)，但是之后會(huì)持續(xù)穩(wěn)固地增長(zhǎng)。

在中國(guó)市場(chǎng)，F(xiàn)PGA主要大量地應(yīng)用于強(qiáng)勁增長(zhǎng)的軍事和通信市場(chǎng)(圖2)。

Bryan一針見(jiàn)血地指出了FPGA／CPLD供應(yīng)商的主要機(jī)會(huì)：低功耗FPGA一便攜式消費(fèi)電子中低功耗仍然是件大事；替代ASIC方面，主要在工業(yè)和汽車(chē)領(lǐng)域開(kāi)展：在替代MCU方面，主要是在汽車(chē)領(lǐng)域展開(kāi)，價(jià)格很重要：低成本將在很長(zhǎng)一段時(shí)間努力后實(shí)現(xiàn)，但是FPGA的利潤(rùn)空間將是FPGA廠商關(guān)注的：Xilin給外界的印象是在走SoC平臺(tái)路線。

FPGA技術(shù)市場(chǎng)趨勢(shì)

首先，可編程勢(shì)在必行。

FPGA已經(jīng)被應(yīng)用于系統(tǒng)的核心。無(wú)論是用于完成關(guān)鍵功能還是直接作為系統(tǒng)核心，今天的FPGA所提供的性能、功耗和容量，都已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)此前ASIC或ASSP的水平。

“FPGA平臺(tái)漸成系統(tǒng)核心的發(fā)展趨勢(shì)受到幾大因素的影響，”賽靈思(Xilinx)公司亞太區(qū)市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)張宇清分析道，“包括設(shè)計(jì)領(lǐng)域不斷增長(zhǎng)的ASIC開(kāi)發(fā)成本，對(duì)系統(tǒng)復(fù)雜性和高性能的要求，不斷縮短的產(chǎn)品生命周期和上市時(shí)間，變化莫測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)／協(xié)議，以及產(chǎn)品平臺(tái)最小化帶來(lái)的成本優(yōu)化，對(duì)產(chǎn)品差異化設(shè)計(jì)的需求，晶圓代工策略等。最后但同樣重要的還有FPGA開(kāi)發(fā)中的Ip的創(chuàng)新。越來(lái)越多的大批量產(chǎn)品通過(guò)FPGA設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來(lái)，使得FPGA的概念完全跳出了以前的膠粘邏輯或原型設(shè)計(jì)應(yīng)用的概念。我們相信，除了特大批量應(yīng)用(如手機(jī)等)，F(xiàn)PGAE經(jīng)成為大部分應(yīng)用市場(chǎng)的最佳選擇?！?/p>

摩爾定律的持續(xù)有效使芯片密度和性能持續(xù)提升，同時(shí)也在開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)復(fù)雜性方面帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。賽靈思和業(yè)界人士普遍認(rèn)為在發(fā)展傳統(tǒng)ASIC和ASSP的同時(shí)，下一代系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將越來(lái)越多地采用FPGA。同時(shí)，根據(jù)Gartner的預(yù)計(jì)：2008年新開(kāi)工設(shè)計(jì)中，采用FPGA的設(shè)計(jì)與采用ASIC的設(shè)計(jì)比率為25：1，更進(jìn)一步顯示出在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，可編程成為設(shè)計(jì)的必需。

愛(ài)特公司(Actel)亞太區(qū)總經(jīng)理賴(lài)炫州分析了ASIC／ASSP業(yè)務(wù)模式的困境：安裝復(fù)雜性高、成本高：300mm晶圓廠成本飆升，45nm工藝節(jié)點(diǎn)要花費(fèi)40億美元(如圖4)，32nm工業(yè)節(jié)點(diǎn)花費(fèi)80億美元；全球市場(chǎng)不斷變化，給ASIC／ASSP模式帶來(lái)壓力，每項(xiàng)設(shè)計(jì)成本為5000萬(wàn)～1億美元，只有少數(shù)10億美元市場(chǎng)能夠支持投資回報(bào)率(ROI)；風(fēng)險(xiǎn)投資正在縮減。

客戶(hù)多樣化

2000年以前，F(xiàn)PGA／PLD公司非?？粗馗咴鲩L(zhǎng)的通信市場(chǎng)。2000年后的網(wǎng)絡(luò)泡沫破滅后，F(xiàn)PGA開(kāi)始轉(zhuǎn)向了工業(yè)和消費(fèi)市場(chǎng)。據(jù)賽靈思張宇清介紹，該公司正努力實(shí)現(xiàn)客戶(hù)基礎(chǔ)多樣化，現(xiàn)在通信行業(yè)占營(yíng)業(yè)收入的比例不到其50％，另一半則分布于更廣泛的終端市場(chǎng)上。目前，在通信市場(chǎng)之外，賽靈思面向的具體產(chǎn)品線包括汽車(chē)、消費(fèi)電子、ISM(工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)療設(shè)備)、航空和國(guó)防等應(yīng)用領(lǐng)域。其中汽車(chē)領(lǐng)域包括駕駛輔助、車(chē)載信息和信息娛樂(lè)應(yīng)用，消費(fèi)電子領(lǐng)域包括數(shù)字顯示器、數(shù)碼攝像機(jī)和機(jī)頂盒，ISM領(lǐng)域包括工業(yè)成像(含監(jiān)控)、工業(yè)指令與控制(機(jī)器視覺(jué)、電機(jī)／運(yùn)動(dòng)控制)和醫(yī)學(xué)，航空和國(guó)防領(lǐng)域包括航空電子、飛機(jī)、雷達(dá)、聲納和指令、控制、通信、計(jì)算機(jī)、智能、監(jiān)控以及偵察系統(tǒng)等領(lǐng)域。

平臺(tái)化戰(zhàn)略

張宇清認(rèn)為，要滿(mǎn)足對(duì)可編程能力迫在眉睫的需求，以及市場(chǎng)更加分散，需要從兩方面做工作：首先是通過(guò)可編程硬件創(chuàng)新在FPGA關(guān)鍵性能指標(biāo)的每個(gè)方面(價(jià)格、功率、性能、密度、功能以及可編程能力)提供業(yè)界領(lǐng)先的價(jià)值；其次是為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供所需要的工具、設(shè)計(jì)方法和IP，從而使FPGA能真正幫助他們實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速上市和提供靈活性這些承諾。

為了幫助客戶(hù)更多地采用FPGA，F(xiàn)PGA供應(yīng)商提供一個(gè)全面的設(shè)計(jì)環(huán)境至關(guān)重要，因此賽靈思2009年提出了TDP(目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺(tái))概念80％的工作留給Xilinx及第三方合作伙伴完成，客戶(hù)只需做2096的自主創(chuàng)新工作，這樣不僅使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新，同時(shí)加速了產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

獨(dú)立的第三方FPGA工具供應(yīng)商也同樣認(rèn)為FpGA正在向平臺(tái)化轉(zhuǎn)變?！霸O(shè)計(jì)人員思考和實(shí)現(xiàn)FPGA器件的方式的重大轉(zhuǎn)變是：除了將FPGA視為電子硬件的固定部分的方便容器，設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在還可以將FPGA用作其設(shè)計(jì)的靈活核心，”Altium公司亞太區(qū)技術(shù)支持與應(yīng)用總監(jiān)David Read說(shuō)，“通過(guò)運(yùn)用FPGA可編程能力，整個(gè)SoC系統(tǒng)(包括微處理器、內(nèi)存及外設(shè)器件)可以得到快速開(kāi)發(fā)和上市。這意味著有更多的設(shè)計(jì)師能夠?qū)⒏嗑τ迷谟兄趯?shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化的方面，以及處于產(chǎn)品核心的智能性?！?/p>

但是，從FPGA使用者角度考慮，F(xiàn)PGA方案設(shè)計(jì)完成后，由于FPGA供貨問(wèn)題，有時(shí)不能立即拿到某些FPGA批量產(chǎn)品；或者發(fā)現(xiàn)另外一家FPGA企業(yè)的產(chǎn)品價(jià)格更低或性能更合適，但想轉(zhuǎn)換到另外一家企業(yè)的產(chǎn)品就有困難，通常從FPGA硬件到開(kāi)發(fā)板、軟件環(huán)境都要全面更換。為了解決這個(gè)問(wèn)題，不供應(yīng)FPGA芯片的獨(dú)立的第三方開(kāi)發(fā)板供應(yīng)商的優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)了，例如Altium NanoBoard 2系列開(kāi)發(fā)板及Altium Designer設(shè)計(jì)工具，可使工程師快速開(kāi)發(fā)和PCB布線，自由地采購(gòu)FPGA廠家的芯片。

但是，NanoBoard 2的成本又上去了，需要上萬(wàn)元人民幣。因此，Altium NanoBoard 3000應(yīng)運(yùn)而生，其特點(diǎn)盡管又是針對(duì)某公司某款FPGA，但是價(jià)格只有4000元人民幣以下。另一個(gè)突出特點(diǎn)是設(shè)計(jì)人員可在事前不具備任何FPGA專(zhuān)業(yè)技術(shù)的情況下，在FPGA內(nèi)部構(gòu)建基于“軟”處理器的優(yōu)異系統(tǒng)。

David總結(jié)道，設(shè)計(jì)師們正在尋