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低成本FPGA:为消费电子产品带来灵活性和可重编程能力

Robert Bielby?? Xilinx公司战略解决方案营销高级总监?? 2004年03月05日 ?? 收藏0
由于产品生命周期越来越短,以更快的速度将新产品推向市场成为必然。面对这个挑战,设计人员正在寻求能够代替高成本定制芯片的灵活经济的解决方案。简单来说,由于掩膜费用急速攀升至每套超过百万美元,传统ASIC和门阵列解决方案无论在技术还是在经济成本方面都不再适用。
  在当前不确定的经济环境中,可编程芯片正逐渐成为产品设计的首选解决方案。因此在莫尔定律的作用下,可编程芯片每逻辑门的成本已经与固定逻辑ASIC相接近。由于FPGA内在的灵活性、性能、高集成度以及具有竞争力的价格,在越来越多的消费类应用中,FPGA正逐渐成为上乘的选择。
  最新的技术真空地带为潜在的替代解决方案提供了颇具挑战性的问题。100万门以上的设计是真正的片上系统(SoC)。任何潜在的解决方案都必须能够提供处理器内核、用于DSP功能的硬连线乘法器以及适应多种连接性标准的串行I/O等资源。设计工具和方法也必须能够满足物理综合、时序分析(包括射频效应)以及增量布局和布线等方面的需要。最后,还必须能够控制住成本,因为掩膜费用在飞速上升。ASIC掩膜组通常需要花费数十万美元,对于最复杂的设计则要超过100万美元。这些仅仅是数百万门设计

所带来的众多问题中的几个例子。
  能够以更低的成本提供更高的集成度,这一点是推动几乎所有消费类设备不断电子化这一趋势的主要动力。通过电子化,就可能以更低的成本设计出比前一代具有更多功能的更好产品。例如,数码相机的发展就很好地说明了这一趋势。与传统35mm相机相比,数码相机以价格和质量提供了立即可见的影像以及对影像进行修改的功能。
  最近,有些ASIC制造商推出了称为结构化ASIC(Structured ASIC)的改进ASIC结构,试图解决与基于标准单元的ASIC和门阵列相关的一些问题。但最终,人们都会问到这一决定性问题,“如果我们需要100至500万门的设计,到底哪种技术能够最佳地结合硬件、软件和设计支持,从而可最好地满足我们的需要?”
  1998年,Xilinx公司推出了Spartan FPGA系列产品,通过改进封装、速度级别、测试和工艺技术,Xilinx公司大大降低了器件成本。2003年3月,Xilinx公司推出其第五代Spartan系列产品——Spartan-3平台FPGA。采用90nm SRAM技术和300mm晶圆制造的Spartan-3系列是目前业界成本最低的FPGA产品,每 100万系统门的器件价格还不到12.00美元,还有三款不同的Spartan-3 FPGA器件价格低于6.50美元。而成本的降低,则为FPGA拓展了范围更为广泛的新市场和新应用,尤其是消费类应用, FPGA产品为消费电子产品带来了可编程逻辑上市时间的优势和灵活性。
  在考虑其它因素以前,器件本身必须能够提供满意的功能和性能。历史上,高速度100万门以上的片上系统(SoC)一直是ASIC的独占领域。但现在,促进高端ASIC发展的工艺技术也同样适用于FPGA。事实上,FPGA的发展也帮助推动了最新工艺技术的发展。
  从最初将几片TTL器件的逻辑单元集成到单片FPGA中以来,灵活性始终是可编程逻辑器件的特点。平台FPGA将这一灵活性提高了几个量级。现在,大量系统部件IP可以嵌入到单片平台FPGA器件中。Xilinx平台FPGA集成了块存储器、软和硬处理器核心、DSP功能和可编程I/O连接功能,以及由Xilinx思公司和第三方供应商开发的其它IP。当然,每个设计团队还为完全可编程的器件增添了他们自己的差异化IP。完全的可编程能力为半导体芯片提供了更大的灵活性和最有效的使用。
  从应用领域看,数字电视机市场将进入一个持续的发展期。不同区域性数字广播标准在大多数国家都已确定,美国和韩国采用ATSC高清晰度电视标准、日本采用ISDB,其余国家大多采用DVB。每个月都有更多的国家推出数字电视服务。而且还有更多国家正准备推出。同时,日本的数字地面广播也已于2003年开始。数字视频服务的部署将会推动消费者对数字电视机的需求。高性能图像处理需要类似Spartan-3器件所提供的成本经济且高性能的数字信号处理技术。
  此外,目前汽车中的最新创新已不再集中在提高燃料效率或改善性能方面,而是集中于改善司机和乘客的驾驶体验和安全性。这一新兴技术被称为汽车信息技术(telematics)。汽车信息技术可能是汽车行业中自汽车本身发明以来最大的创新。实际上,汽车信息技术意味着您的所有个人信息装置和娱乐设备都可在单个环境中互相通信和共享信息。现在,多功能汽车信息系统已经出现在高档汽车中。
  然而,设计优化的汽车信息技术系统要面临许多挑战,因为新标准和技术的出现、更短的开发周期都使产品开发和部署过程更为复杂。利用Spartan-3器件构成的成本经济且灵活的解决方案使汽车制造商可在快速发展和变化的市场中跟


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低成本? FPGA? 消费电子?

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