博弈FPGA厂商

FPGA市场早在90年代后期就经过了一番激烈整合，许多业者不是退出PLD市场，就是出售其PLD业务部门，或将PLD业务部门分立成独立公司，或进行购并等。时至今日，FPGA市场的主要业者仅剩数家，包括Altera、Xilinx、Actel、Atmel、 Lattice、QuickLogic等，不过2007年11月QuickLogic也确定淡出FPGA市场，并转进发展CSSP(客户特殊标准产品)。当然，也不乏Silicon Blue这样的新从业者出现，初创FPGA公司一般都以创新的技术为支撑，瞄准某些特定应用领域而占据了市场的一定份额。
Altera领跑业界率先推出40nm器件
随着对互联网传输视频、高速无线数据和数字电视等服务需求的不断增长，设计人员需要能够提供更快的数据速率、更高的接口带宽和数据处理能力以及更强的解决方案，而且其功效要好。为解决这些设计挑战，借助与TSMC长达15年的牢固合作关系Altera在业界率先推出了40nm Stratix IV FPGA和HardCopy IV ASIC（一种结构化ASIC），两款产品都提供收发器，在密度、性能和低功耗上遥遥领先。Stratix IV系列有680K逻辑单元，比Altera的Stratix III 系列高2倍，是目前市场上密度最高的FPGA。HardCopy IV ASIC系列在密度上和 Stratix IV 器件等价，具有1330万逻辑门（见图1）。Altera 40-nm器件满足了众多市场对各种高端应用的需求，例如，无线和有线通信、军事、广播和ASIC原型开发等。
Stratix IV FPGA系列包括两个型号，具有丰富的存储器和数字信号处理 (DSP) 资源的增强型(Stratix IV E FPGA) ，以及带有收发器的增强型 (Stratix IV GX FPGA)。Stratix IV GX FPGA 的 48 个收发器工作在 8.5 Gbps，为设计人员提供业界最大的带宽，是任何其他 FPGA 带宽的两倍以上。 Stratix IV GX FPGA 还为 PCI Express (PCIe) Gen 1和2提供硬核知识产权(IP)支持，并支持多种协议，包括 Serial RapidIO、XAUI ( 包括 DDR XAUI) 、 CPRI ( 包括 6G CPRI)、CEI 6G、Interlaken和以太网等。为满足客户对低功耗的需求，Stratix IV系列器件采用了Altera获得专利的可编程功耗技术。这一低功耗技术优化逻辑、DSP和存储器模块，在设计中需要的地方提高性能，而尽可能降低其他地方的功耗。
在新的HardCopy IV ASIC系列中，Altera首次提供了基于收发器的ASIC选择。在设计中使用Stratix FPGA，具有FPGA硬件和软件协同设计和协同验证的优势，产品面市缩短了几个月的时间，而使用HardCopy ASIC具有ASIC量产的优势。
近期该公司还发布了新版Quartus II 设计软件，并为40-nm产品提供最佳的IP解决方案。Quartus II 软件8.0的性能在业界是最好的，逻辑利用率非常高，而编译时间最短，设计人员采用该软件不但提高了团队设计的效率，而且能够尽快将产品推向市场。

　　图1 Altera 40nm Stratix IV和HardCopy IV将大大超过平均ASIC容量

Xilinx细分产品敲开高校大门
Xilinx作为半导体业界的著名FPGA厂商，为FPGA技术创新做出了突出的贡献，目前Xilinx又在数字信号处理领域大展宏图。我们处于数字化广播时代，对DSP需求很大，显然FPGA在这个领域也拥有独特的优势，可以并行的在一个周期内处理很多事情，它们之间必将是合作和良性竞争的关系。据此，Xilinx把自己的产品分类更细，并把DSP应用的产品单独作为一个方向进行推广。例如高端65nm V5系列分为面向四个领域的优化：LX、LXT、SXT和FXT，分别针对逻辑密集、嵌入式处理、DSP以及串行连接应。它的DSP设计环境主要由System Generator for DSP工具、AccelDSP综合工具以及丰富的DSP知识产权(IP)内核组成。与需要不同算法开发和RTL编码步骤的分立式设计流程不同，System Generator for DSP提供了一个综合的建模和验证环境，从在Simulink中完成最初的设计输入直至最终的FPGA设计收敛，整个流程非常平滑，不需要学习或使用传统的RTL设计方法。AccelDSP综合工具是一个基于MATLAB语言的高级工具，主要用于针对Xilinx公司FPGA的DSP模块设计，可将浮点至定点转换过程自动化、生成可综合的VHDL或Verilog代码，并为验证过程创建测试基准向量。设计人员可以从MATLAB算法生成定点Cordially模型或System Generator模块（见图2）。

图2 使用FPGA实现高性能DSP
Xilinx全球规划中将中国视为一个战略性市场。与"2008 可编程解决方案中国巡演" 几乎同步，Xilinx联合中国电子学会联手打造了“中国电子学会 Xilinx 杯开放源码硬件创新大赛”。 此次大赛推动了基于现场可编程门阵列的开放源码创新应用，营造 “ 交流、奉献与分享 ” 的开放社区精神，促进中国自主知识产权 IP 及芯片的发展。另外，Xilinx公司和Ultrawise在无锡成立 FPGA 创新中心，专注于高端的职业技术教育，将人才培养生态体系的建设作为核心业务。该运营模式使中国更多的有志青年投身到高端技术领域并通过使用Xilinx公司提供的FPGA芯片加快了Xilinx在中国的发展步伐。
初创FPGA厂商：面向便携式应用

FPGA领域依然有新兴业者出现，例如Silicon Blue。成立于2006年的Silicon Blue已经拥有了一定的实力，该公司的策略瞄准的是低功耗手持式移动装置，并不直接与Altera，Xilinx等厂商的高端产品对话。根据Semico调查研究，对于可编程逻辑芯片而言，手持式应用是一个快速增长的市场，预估可编程逻辑芯片在这些应用领域的市场值将在2010年前超过6亿5000万美元。 SiliconBlue的产品为大量的手持消费性电子产品——如智能手机、便携式多媒体播放器以及个人导航装置等带来独特的解决方案（见图3）。
SiliconBlue以65nm标准CMOS工艺技术结合低功率、非易失性配置存储器（NVCM）及标准SRAM技术。SiliconBlue已经在台积电投片生产了包含4个成员的首个FPGA家族——iCE65系列，该系列产品采用自有的片上非易失性配置存储器存储配置数据，无需传统的FPGA解决方案一般使用额外的闪存PROM，如此可省下元器件数目、空间和成本，并可避免数据信息串被窃取，从而提供安全的设计。Silicon Blue策略营销副总裁Birkner先生坦言说，iCE65系列产品没有FPGA两大厂商(Altera,Xilinx)的高性能，但是功耗要比他们小很多，更适用于中低端便携式设备应用。对于接近零功耗的Xilinx CPLD来说，iCE65系列的性能又拥有绝对领先的优势。
图3 SiliconBlue的产品为大量的手持消费性电子产品带来独特解决方案
同时SiliconBlue提供了完整的设计环境。iCEcube VHDL和基于Verilog的开发软件相当容易上手，提供相似的接口，引导设计工程师将概念转变为信息串。合成和布局工具由Magma Design Automation公司提供，Routing和Bitgen工具则由SiliconBlue自行开发。除此之外，iCEman65评估套件提供了一个完整进行低功耗测试和应用发展的平台。可以直言不讳的说，SiliconBlue瞄准了市场，加上自身独特的创新技术是它能够“适者生存”的法则。
QuickLogic转进发展CSSP

2007年下半年QuickLogic确定淡出FPGA市场，并转进发展CSSP，甚至QuickLogic公司的总裁、主席、首席执行官E. Thomas Hart直言：Altera与Xilinx已经成为FPGA领域的“可口可乐”与“百事可乐”。言下之意就是，除此之外第三家FPGA厂商很难有窜头的机会。
谁也不愿意成为圈内两大FPGA巨头血斗的第三者。并且以低功耗见长的QuickLogic首先跳出了这个“红海”，直奔便携式应用——CSSP。如今，Quicklogic除了坚持原有高可靠性的FPGA外，主要发展CSSP，近年来推出了两大产品，USB、SPI等连接方案，以及手机显示屏的视频增强加速器。QuickLogic公司高级平台解决方案市场经理李浩涛说：“对客户来说，上市时间非常重要，同时，time in market也非常重要。因此，很多客户喜欢选择拥有FPGA背景的产品。”
今年， QuickLogic基于Apical Limited授权的iridix算法，通过QuickLogic的Vialink专利编程技术，针对移动及便携式多媒体产品的行动模块推出了具备VEE技术的Arcticlink Ⅱ解决方案平台（见图4）。VEE技术通过有针对性地实时图像/视频数据，为移动系统中的视频媒体提供TV质量的观看体验。与传统的整体改善方法——伽马校对、CABC方法不同，VEE是基于背景感光、以像素为单位来调整图像的。该技术可以根据环境光照的效果调节屏幕显示，而不是简单地通过提高背景光强度改善日光下的可视性，这样不仅使用户得到全新的视频体验更能让开发人员有效的节省电力。

图4   QuickLogic针对多媒体产品推出了具备VEE技术的解决方案平台
此外，PolarPro VEE评测模块集成了一个板上环境光传感器，用来测试VEE技术对环境照明的响应，并自主控制VEE强度。评测模块还安装了一个Flash ROM，以保证当CSSP被配置到特定的LCD显示屏上时的VEE参数不变。一个板上开关稳压器可以保证评测模块可以使用移动设备的电源，且不受运行电压的限制，从而可以评测VEE对电池使用寿命的影响。

　结语

三网合一等大趋势，会给FPGA带来很大发展，比如最初的手机只具备通话功能，现在手机可以上网、下载、照相，这就要求像素提高、传输速度越来越快、功耗越来越低，这种市场的不断变化、器件要求的不断变化、规格不断的变化给FPGA更大的发展空间，FPGA带来很好的机遇及挑战。 随着FPGA技术的进步，已经在功能、成本等方面取得很大的成绩，因此从产品设计的角度考虑，比如携带式和电池操作产品假若FPGA有新的设计、新的作为，能在功能、功耗、价格等方面能满足客户的要求，会开创一片新的天地。