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由于FPGA具有极大的灵活性和可编程性，如果厂商能够突破价格瓶颈，iSupply预测FPGA有可能在价值约200亿美元的ASIC市场中抢得多达30亿美元的份额。目前，各FPGA厂商也正在利用其优势采用不同的方式来降低FPGA价格，这包括：Xilinx推出的Spartan-3以及EasyPath解决方案；Altera Cyclone II器件以及结构化ASIC解决方案HardCopy II；Actel公司推出的第三代Flash FPGA ProASIC3/3E等等。其中，Spartan-3、Cyclone II、ProASIC3/3E都是通过结构以及工艺的优化直接降低FPGA器件价格，面向消费电子等中低端应用；而EasyPath和HardCopy II方案则是为了解决FPGA的量产问题，使FPGA能进一步挑战ASIC的市场。 面向消费应用，成本降至1.5美元 过去FPGA由于成本较高，多应用在高端通信市场，但随着FPGA价格的不断降低，正不断将应用转向消费市场。据Gartner数据表明：相对于2002年FPGA市场应用分布，2008年时通信应用占FPGA的市场总额将从58%降到42%，而汽车市场将从0%增长到3%，消费类应用增幅最大，将从6%增加到18%，达到10.13亿美元。在门数方面，根据2003年对FPGA设计的调查表明：80%的FPGA设计所需门数小于100万系统门，75%的FPGA设计速度低于140MHz，因此，在低价位的FPGA方面，无论是Xilinx，Altera还是Actel公司都把目标应用锁定在消费类市场应用中。 目前FPGA的架构主要有三种：SRAM，Flash 以及反熔丝FPGA。基于90nm工艺的Spantan-3以及Cyclone II都不约而同的采用了SRAM FPGA架构，而专注于Flash以及反熔丝FPGA架构的Actel公司新推出的ProASIC3/3E则是基于0.13um工艺、典型的Flash FPGA。 据悉， SRAM和Flash方法均采用基于存储器的配置，通过调用存储器单元来控制互联矩阵交点处的晶体管。不同的是，SRAM FPGA器件含有一个非易失性存储器：如果掉电，配置信息将会丢失。此外，由于必须在完成预定功能之前进行编程，因此SRAM FPGA器件不能够快速上电。而Flash FPGA是通过闪存存储配置数据，闪存单元具有非易失性以及可重复编程特性，既保持了灵活性，又避免了SRAM方法的缺点。但是配置速度较SRAM单元慢，限制了系统性能。 Xilinx Spartan-3系列包括8款器件，其特性包括高性能区块和分布式RAM、多达784个I/O引脚、MicroBlaze 32位RISC软处理器和XtremeDSP功能、专用118x18乘法器、每秒提供高达3300亿次乘法和累加(MAC)运算。器件还支持24种主要的I/O标准，包括PCI、DDR、LVDS和RSDS等。其中，5万门的价格仅为3.5美元，100万门的价格不到20美元，而400万门的价格低于100美元，兼具高性能、成品可用性以及低成本特点，适用于低成本消费类电子产品、工业、数据处理和通信等领域。 Altera Cyclone II器件的容量从4,608至68,416个逻辑单元(LE)，是第一代Cyclone器件的三倍；同时，器件具有达150个嵌入18×18乘法器，适合于实现低成本数字信号处理应用，这些乘法器能运行至250MHz；此外器件支持最近推出的Nios II系列嵌入式处理器功能，能够在0.35美元的逻辑上实现超过100MIPS的性能。据Altera介绍，Cyclone FPGA在数字电视、等离子显示产品、LCD 以及家庭影像编辑设备、TV机顶盒、互联网Modem、便携视频相机、DVD刻录机和播放器中具有很好的应用。 与基于SRAM的FPGA不同，Actel公司新推出的Flash ProASIC3/E 系列备有9款器件，系统门密度范围从3万至300万，具有288/604个 I/O，144kb/504kb的 SRAM；相比Cyclone器件，由于SRAM架构需要6个晶体管开关，而Flash只需要1个晶体管开关，因此，ProASIC3/E的价格更低，其器件价格最低甚至能达到1.5美元。此外，相比第二代Flash FPGA,第三代Flash FPGA工作频率高达 350MHz。 由于是基于Flash架构，因此ProASIC3/E器件具有很高的安全性，带有安全机制，可防止外界对所有编程信息进行访问。在支持未来的迭代设计及现场升级时，无需担心IP会被损坏或复制。此外，非易失性Flash技术还为该器件提供了低功耗和上电即行的优点。设计方法支持流行的 FPGA 和 ASIC 工具流程，在消费电子、网络和通信、汽车驾驶室、计算和航空航天市场应用中，可实现 FPGA 和 ASIC 解决方案之间的转换。 Actel公司市场拓展副总裁Dennis Kish表示，第三代Flash FPGA即是以消费类以及汽车电子应用为目的，并将主导快速增长的100万门以下的基础FPGA市场，同时他还介绍：“过去在低门数器件，Flash FPGA节省的成本很明显，而在高门数的方向上，系统成本节省不是很明显。在通信领域，手机要求的门数不是很大，因此在手机方面的应用较多。” 解决量产问题，挑战ASIC 除了通过对器件内部架构的改变，直接降低FPGA器件价格以外，Xilinx与Altera等公司还通过解决FPGA的量产问题来进一步挑战ASIC。 Xilinx推出的EasyPath解决方案是一种可以免转换就能替代ASIC产品进行批量生产的方案，因此它能将FPGA器件总成本降低30%-80%。据公司亚太区市场行销董事郑馨南介绍：FPGA解决方案具有很强的灵活性，但是不太适合量产，EasyPath FPGA解决方案在支持原有产品平台的基础上，既保留了FPGA灵活性的特点，又解决了量产问题。它通过减少某些不必要的测试过程来完成从原型到生产设计的免转换。免转换改变了过去FPGA器件的设计方法，无需重新设计、再鉴定或再生产结束前重新验证，既减少了测试成本，又降低了总成本。在量产5万-200万之间时，价格远低于结构化ASIC。 但也有业内反对者称：EasyPath解决方案是利用的产品不良率，其实是把未通过验证的FPGA次品销售给客户。 其实，Altera于三年前推出的Hardcopy同样是基于解决FPGA量产的问题，也获得了市场的认可。该公司近期推出的Hardcopy II，作为第三代90nm的Hardcopy，可以解决目前市场上对FPGA低成本的需求。采用HardcopyII器件可以使100万门的ASIC逻辑门器件低至15美元。据悉，第1款的Hardcopy II器件HC230面向高端通信应用，将于今年第3季度推出，此后，每1季度推出1款新产品，依次为HC220,HC240以及HC210系列，分别面向无线网络以及工业控制领域。相对消费类市场应用，公司亚太区产品市场经理林庆认为：由于消费类市场对FPGA的价格非常敏感，因此Hardcopy器件目前还不准备向这个应用领域扩展。 目前，Altera公司已经发行了50万枚的Hardcopy器件，因此，林庆认为，结构化ASIC的市场容量还是比较大的，特别是在目前，在FPGA的价格居高不下，而ASIC设计时间以及产品上市时间又较长的情况下，结构化ASIC是很好的过渡手段。 作者：黄莺