FPGA：親和力激活競爭力

在過去的半個(gè)世紀(jì)里，集成電路技術(shù)的進(jìn)步不斷刷新著全球電子信息產(chǎn)業(yè)的形態(tài)，五光十色的新產(chǎn)品、新應(yīng)用也改變了人類的生活方式。然而，被新技術(shù)“寵壞”了的消費(fèi)者越來越“喜新厭舊”，電子產(chǎn)品的市場(chǎng)壽命周期日益縮短，而企業(yè)對(duì)于產(chǎn)品差異化的不懈追求又進(jìn)一步壓縮了單個(gè)產(chǎn)品的市場(chǎng)空間。與此同時(shí)，工藝技術(shù)的升級(jí)也讓產(chǎn)品的開發(fā)成本呈幾何級(jí)數(shù)上升。市場(chǎng)在呼喚一種能夠降低研發(fā)成本、縮短開發(fā)周期并具有設(shè)計(jì)靈活性的產(chǎn)品。在此背景下，FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)產(chǎn)業(yè)逐漸壯大并顯露出不可阻擋的氣勢(shì)。

　　搶食ASIC/ASSP市場(chǎng)

　　研發(fā)成本的上升抬高了ASIC(專用集成電路)和ASSP(專用標(biāo)準(zhǔn)電路)的研發(fā)門檻。調(diào)研機(jī)構(gòu)IBS提供的數(shù)據(jù)顯示，在集成電路的90納米節(jié)點(diǎn)，其研發(fā)成本約為2000萬美元;到65納米節(jié)點(diǎn)研發(fā)成本已接近4000萬美元;目前最先進(jìn)的32納米和28納米工藝技術(shù)的研發(fā)成本大約為9700萬美元;而到了22納米節(jié)點(diǎn)，其研發(fā)成本預(yù)計(jì)將突破1.5億美元。通常，集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)針對(duì)某種產(chǎn)品的研發(fā)成本與該產(chǎn)品的銷售收入之比為1∶5。也就是說，當(dāng)設(shè)計(jì)進(jìn)入32納米/28納米之后，企業(yè)只有在對(duì)其產(chǎn)品的銷售預(yù)期大于5億美元的前提之下才會(huì)投入資源進(jìn)行研發(fā)。采用尖端工藝技術(shù)的ASIC和ASSP勢(shì)必逐步退守到量大面廣的產(chǎn)品領(lǐng)域，而在一些市場(chǎng)空間較小的細(xì)分領(lǐng)域，我們將看到采用最新技術(shù)的FPGA和工藝水平相對(duì)較低的ASIC/ASSP進(jìn)行較量。

　　“技術(shù)的進(jìn)步是FPGA‘勢(shì)不可擋’的原動(dòng)力。”賽靈思公司亞太區(qū)銷售與市場(chǎng)副總裁楊飛在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，“根據(jù)我們的統(tǒng)計(jì)，在90納米工藝節(jié)點(diǎn)，ASIC和ASSP只有不到25%的‘傳統(tǒng)領(lǐng)地’會(huì)受到FPGA的挑戰(zhàn);而在引入28納米工藝之后，ASIC和ASSP將有超過75%的應(yīng)用領(lǐng)域面臨FPGA的競爭。不僅如此，F(xiàn)PGA還利用自身的優(yōu)勢(shì)，在無線通信、智能視頻監(jiān)控等多個(gè)領(lǐng)域解決了傳統(tǒng)ASIC、ASSP和DSP器件無法解決的問題。”

　　市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Gartner提供的數(shù)據(jù)似乎印證了楊飛的觀點(diǎn)：自1998年以來，全球ASIC新增項(xiàng)目數(shù)量逐年遞減，2009年的降幅甚至達(dá)到21.7%;ASSP情況稍好，其新增項(xiàng)目數(shù)量自2005年以來逐年遞減，預(yù)計(jì)到2013年，新增項(xiàng)目數(shù)將由2004年的4762項(xiàng)減少為3262項(xiàng)。當(dāng)然，值得一提的是，ASSP的整體市場(chǎng)仍在快速增長。

　　“當(dāng)然，在傳統(tǒng)的消費(fèi)類電子行業(yè)，ASIC產(chǎn)量大，具有絕對(duì)的低成本優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了很大的市場(chǎng)份額。但是在工業(yè)領(lǐng)域等其他應(yīng)用方面，基于可編程邏輯器件的解決方案將繼續(xù)扮演重要角色。”Altera公司亞太區(qū)高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理羅嘉鸞表示，“多年來，ASIC的成本在不斷攀升，我們已經(jīng)領(lǐng)先于ASIC行業(yè)。特別是在40納米節(jié)點(diǎn)，我們贏得的大部分設(shè)計(jì)實(shí)際上來自Altera非主要用戶。也就是說，他們?cè)恢笔褂酶偁帉?duì)手的FPGA解決方案，或者是ASIC、ASSP和DSP。”

　　“展望未來，可編程邏輯市場(chǎng)前景一片光明。”賽靈思公司總裁兼CEO Moshe Gavrielov表示，“據(jù)分析家預(yù)測(cè)，2010年，該行業(yè)的市場(chǎng)增長率將在45%以上，達(dá)到48億美元。而根據(jù)Raymond James Financial公司提供的數(shù)據(jù)，可編程邏輯市場(chǎng)將攫取原先屬于ASIC陣營的150億美元到200億美元的市場(chǎng)份額。”

    尋找新“甜蜜點(diǎn)”

　　雖然FPGA行業(yè)的整體發(fā)展速度高于ASIC/ASSP，但對(duì)于FPGA的從業(yè)者來說，如何更深入地了解設(shè)計(jì)人員的需求，通過產(chǎn)品創(chuàng)新為FPGA尋找新的市場(chǎng)“甜蜜點(diǎn)”，是他們一直都面臨的挑戰(zhàn)。

　　“2010年，F(xiàn)PGA產(chǎn)業(yè)最令人矚目的發(fā)展機(jī)遇是滿足越來越高的帶寬需求，在以前僅采用ASIC和ASSP的應(yīng)用中使用FPGA。”Altera公司高級(jí)市場(chǎng)副總裁Danny Biran分析說。美國的相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2015年，美國IP流量每年將達(dá)到澤字節(jié)(1021字節(jié))，云計(jì)算、視頻游戲、VoIP和視頻點(diǎn)播等應(yīng)用推動(dòng)了帶寬需求的增長。為此，系統(tǒng)開發(fā)人員需要擁有高速收發(fā)器的硬件，在這方面，最新的FPGA要比其他硬件解決方案更具優(yōu)勢(shì)。

　　因?yàn)锳SIC、ASSP流片時(shí)，僅收發(fā)器的IP費(fèi)用就高達(dá)幾十萬美元，更不要說先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)在流片時(shí)費(fèi)用的快速攀升和諸多風(fēng)險(xiǎn)了。

　　而且，不僅僅是通信市場(chǎng)對(duì)高速收發(fā)器有需求，2010年逐步聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)也提出了類似需求。工業(yè)以太網(wǎng)令系統(tǒng)更容易維護(hù)、管理和更新。這也是一類以前并沒有使用FPGA的應(yīng)用。由于工業(yè)領(lǐng)域的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)種類繁多，只有采用FPGA，用戶才能針對(duì)最佳應(yīng)用使用合適的協(xié)議，顯然，F(xiàn)PGA為這類應(yīng)用帶來最佳性價(jià)比。

　　同時(shí)，中國在2010年加速推進(jìn)三網(wǎng)融合，F(xiàn)PGA行業(yè)人士也與三網(wǎng)融合各環(huán)節(jié)設(shè)備企業(yè)共同分析需求，在通信解決方案、高密度EdgeQAM解決方案、視頻和高端音頻平臺(tái)方案等領(lǐng)域?qū)ふ倚碌臋C(jī)遇。在一些環(huán)節(jié)，是采用FPGA還是ASIC和ASSP，設(shè)備企業(yè)尚無定論，F(xiàn)PGA企業(yè)正在優(yōu)化FPGA方案的性價(jià)比，可以預(yù)見，三網(wǎng)融合市場(chǎng)上的爭奪戰(zhàn)已經(jīng)打響。同其他新市場(chǎng)一樣，在三網(wǎng)融合市場(chǎng)，F(xiàn)PGA產(chǎn)業(yè)同樣面臨如何培訓(xùn)工程師的挑戰(zhàn)。“這種融合趨勢(shì)下，許多數(shù)字工程師必須重新學(xué)習(xí)射頻領(lǐng)域的高頻設(shè)計(jì)技術(shù)。”愛特公司高級(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)推廣經(jīng)理Rajiv Nema說。

　　此外，在高端視頻監(jiān)控市場(chǎng)，1080p高清和智能跟蹤以及分析對(duì)數(shù)據(jù)處理提出更高需求，在一些方案中，DSP平臺(tái)已無法支撐，為此，一些高端監(jiān)控平臺(tái)正轉(zhuǎn)向FPGA的并行處理技術(shù)。

　　消費(fèi)ic37在過去并不是FPGA的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域，但是，最近一兩年也發(fā)生了驚人的轉(zhuǎn)變。“對(duì)消費(fèi)類電子產(chǎn)品而言，搶先把產(chǎn)品推向市場(chǎng)就意味著可以確立市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，并獲得更高的利潤。”賽靈思公司亞太區(qū)銷售與市場(chǎng)副總裁楊飛介紹說，“FPGA與生俱來的靈活性恰恰迎合了縮短上市周期的需求。因此，我們看到越來越多的平板電視、手機(jī)等消費(fèi)類電子產(chǎn)品正在大量使用FPGA。”當(dāng)然，這與FPGA在功耗、成本和尺寸上的創(chuàng)新和改善有緊密聯(lián)系，這些改善在結(jié)合FPGA天然的優(yōu)勢(shì)，為消費(fèi)電子設(shè)計(jì)人員提供了性價(jià)比更高的方案。北京立功致遠(yuǎn)科技有限公司Actel FPGA市場(chǎng)推廣與技術(shù)支持工程師郭立龍就舉例介紹說，F(xiàn)PGA器件的尺寸已經(jīng)小到3mm×3mm，可以貼在手機(jī)的主板與屏幕之間的排線上面，經(jīng)過FPGA接口轉(zhuǎn)換的TFT時(shí)序擺脫了原配手機(jī)屏幕的限制，現(xiàn)在手機(jī)可以使用一個(gè)任何接口標(biāo)準(zhǔn)的屏幕了。三星的一款帶有前后雙屏幕的數(shù)碼相機(jī)在設(shè)計(jì)中大膽引入FPGA，將背后大屏影像縮放至前面小屏上。相信三星等領(lǐng)頭羊企業(yè)將引領(lǐng)更多消費(fèi)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)企業(yè)采用FPGA。

    吸引軟件工程師

　　除了尋找市場(chǎng)上的“甜蜜點(diǎn)”外，F(xiàn)PGA行業(yè)也正在試圖通過改變自身的產(chǎn)品特性和設(shè)計(jì)流程來吸引更多的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師。他們的途徑之一就是引入ARM。引入ARM為FPGA行業(yè)帶來兩大明顯的轉(zhuǎn)變：一是使FPGA平臺(tái)成為較為開放、有更多應(yīng)用案例、為更多工程師所熟悉的SoC開發(fā)平臺(tái);二是FPGA的設(shè)計(jì)流程從以硬件設(shè)計(jì)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐攒浖橹?。這兩大轉(zhuǎn)變無疑將吸引更多的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師特別是軟件工程師應(yīng)用FPGA。

　　愛特公司全球首席執(zhí)行官John East分析說，從理想角度來看，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師真正想要的是一個(gè)可定制化的解決方案。大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員都是提前確定處理器內(nèi)核，而對(duì)其他各部分的要求直到設(shè)計(jì)周期的最后一分鐘都可能改變。因此，大部分設(shè)計(jì)人員都期待有這么一個(gè)解決方案，它包含嵌入式業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核，帶有直觀易用的設(shè)計(jì)流程，能夠執(zhí)行所選外設(shè)的經(jīng)全面驗(yàn)證的IP組合以及一個(gè)由業(yè)界領(lǐng)先工具組成的生態(tài)系統(tǒng)，最好還有與外界連接的片上可編程模擬功能。而愛特針對(duì)這樣的需求設(shè)計(jì)推出了集成ARM Cortex M3的SmartFusion單芯片。“我認(rèn)為，很快地，SoC就將成為設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，而不是終點(diǎn)。”John East說。

　　賽靈思公司亞太區(qū)市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)張宇清則表示，賽靈思將ARM Cortex-A9引入FPGA，打造了一個(gè)“以處理器為主、以FPGA為輔”的系統(tǒng)。而以處理器為核心的設(shè)計(jì)方法可以支持一個(gè)以軟件為核心的開發(fā)流程。

　　“從全球范圍看，軟件工程師與硬件工程師數(shù)量之比超過了10∶1，而且系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作量中80%以上是軟件開發(fā)。為此，10年來，F(xiàn)PGA廠商一直在尋求把眾多的嵌入式軟件工程師引入到主要由硬件設(shè)計(jì)工程師構(gòu)成的用戶群體中。”ARM公司嵌入式應(yīng)用市場(chǎng)經(jīng)理羅霖對(duì)《中國電子報(bào)》記者說。他進(jìn)一步分析說，以前，以FPGA作為開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)流程一般是要先開發(fā)硬件，然后再開發(fā)軟件。但將ARM引入FPGA后，系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以先從軟件開發(fā)的角度來定義產(chǎn)品功能和模塊，哪些部分需要軟件就開發(fā)軟件，哪些部分需要使用FPGA，就再做硬件開發(fā)。“這種以處理器為核心的系統(tǒng)定義和設(shè)計(jì)方法可以支持一個(gè)以軟件為核心的開發(fā)流程。”羅霖說，“這樣，軟件工程師會(huì)越來越多地被引入到項(xiàng)目中來。”吸引了軟件工程師用戶群體，無疑將拓展FPGA的市場(chǎng)領(lǐng)地。