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两大FPGA供应商走向不同的道路

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过去,FPGA一直是一种近乎标准化的产品,但自从HardCopy器件问世以来,领先的两大PLD供应商Xilinx和Altera在战略和技术上就开始出现分化的苗头,而随着90nm时代的来临,两家公司的差异日益加剧。

为了满足用户不断变化的需求,两家公司都在着手改进器件的结构,但采用的方法并不相同。Altera正试图通过革新基础构建模块,创造更高性能的FPGA。今年初,该公司宣布,它将采用输入数可变的自适应逻辑模块(ALM)构建其Stratix-II系列高端FPGA产品,这颠覆了四输入查找表(LUT)是FPGA最佳选择的传统观念。允许输入数变化将使FPGA具有更大的灵活性,而且输入变多意味着可以降低互连要求,并提升性能。“采用ALM的Stratix-II比第一代Stratix器件的逻辑利用率平均提高了25%。”Altera亚太区高级市场总监梁乐观表示。不过,ALM针对的是高性能的高端FPGA,该公司低成本的90nm FPGA不一定会采用ALM的方法。据梁乐观透露,Altera将在年内推出采用90nm工艺制造的Cyclone-II系列低端FPGA产品。

另一方面,Xilinx推出了面向应用的组合模块架构(ASMBL),试图针对特定应用打造专用FPGA。ASMBL将功能模块分割成可互换的列,而不再是栅格上的方块。“它是一种新型架构框架和设计方法,也是未来平台FPGA的基础。”Xilinx产品技术副总裁汤立人表示,“它允许我们迅速经济地开发出多种面向特定领域、具有最佳功能组合的平台。”他举例说,这些特定领域包括以逻辑为中心的领域、以处理为中心的领域以及其它领域。赛灵思计划基于这种新架构创建未来的平台FPGA。定于2004年推出的下一代Virtex系列90nm器件将是第一个采用新架构的FPGA系列。

开发专用FPGA表明,Xilinx正致力于扩大FPGA的应用领域,并进一步蚕食传统的ASIC市场。但对于Xilinx的专用FPGA概念,Altera的梁乐观并不认同。他承认专用FPGA是一个好的想法,但认为“定制FPGA不是一件很现实的事。”从产品的发展规划来看,Altera坚持FPGA是一种标准化器件。同样为了扩大FPGA的用户群,Altera正在大力发展HardCopy业务。据梁乐观透露,该公司帮助客户完成从FPGA到HardCopy的转换大约需要2-4周的时间。该公司已经推出第二代HardCopy器件HardCopy-Stratix,相比第一代的HardCopy-APEX,其改进之处在于可以在器件上完成时序分析。此外,该公司预计在2005年中期推出针对Stratix-II的HardCopy器件。

尽管存在上述分歧和差异,但两家公司也有共同点,他们都在向90nm工艺挺进,并认为这将给客户带来更大的利益。

为了开发90nm器件,IC公司需要采用新一代的EDA工具,这导致设计成本非常高。此外,高达100万美元的NRE费用也令许多公司望而却步。所以,目前只有英特尔、TI等领先半导体供应商已经实现90nm器件的大规模量产。

“由于90nm工艺的设计成本和工具成本很高,所以它主要适合于高密度、高性能和大批量的IC。”Altera的梁乐观表示。他还预测,要等到2005年末或2006年初,90nm在批量大于1,000万的情况下才能比130nm具有更低成本的优势。

值得庆幸的是,PLD供应商推出的FPGA使负担不起风险和高昂费用的公司可以享受到90nm工艺带来的好处。梁乐观表示,90nm工艺可以使FPGA的芯片面积减少50%,性能提高30%。据他透露,90nm StratixⅡ FPGA的最大容量是18万个逻辑单元(LE),而130 nm Stratix FPGA的最大容量是8万个逻辑单元。

“90nm制造技术使我们可以把100万门FPGA(大约1.7万个逻辑单元)的价格降低至20美元以下,这相当于节省了35%至70%的成本。”Xilinx的汤立人表示,“90nm Spartan-3 FPGA的推出为FPGA带来了巨大的新市场机会。现在,设计人员可以把FPGA而不是传统的定制器件用于更多成本敏感的大批量产品中。”

然而,除了这些摩尔定律带来的好处之外,90nm工艺正面临着功耗的挑战,其“罪魁祸首”是漏电流。“漏电非常高是90nm工艺面临的物理挑战之一,这将迫使用户通过减慢电路的速度来降低功耗。”梁乐观表示。他预言,面向功耗的设计(Design For Power)将成为业界在亚100纳米时代最需解决的问题。

低k材料和铜工艺是当前应对功耗问题的主要手段。据梁乐观介绍,Altera的0.13微米器件采用的是中k材料,其优势是易于生产,但为了减少漏电流,Altera将在90nm器件中采用低k材料。“采用低k材料的器件比没有采用低k材料的器件功耗降低了10%,性能也提高10%。”他表示。

相比而言,Xilinx在向90nm过渡的过程中采取了一种低风险策略。“对很多公司来说,与90nm有关的挑战涉及新型材料的使用,如低k介质和铜线等。”汤立人表示,“迄今为止,对Xilinx而言,向90nm过渡是低风险之旅,因为我们从130nm过渡到90nm时,没有引入任何新材料。”

虽然汤立人估计,90nm器件的待机功耗比130nm器件要高数十个百分点,但他同时表示,“我们不认为功耗在90nm节点是一个大问题。我们也不认为功耗是今天或未来FPGA的限制因素。为了帮助客户控制功耗,我们将继续减少全局互连的数量、增加更多不同的时钟选项并在单个芯片上集成更多功能。”

深刻的影响

随着两大PLD供应商在FPGA发展战略和开发技术上出现分化,客户将拥有更多选择,而不仅是只有高低端两种系列产品可供挑选。在未来,Xilinx将通过专用FPGA将产品线一一细化,而Altera除了提供更高性能和更低价格的器件外,还将通过HardCopy帮助客户进一步降低成本。所有这些举措都将受到用户、尤其是消费电子开发商的欢迎,从而使FPGA抢占更多的ASIC市场。

作者:颜健
来源:   作者:  2004/5/22 0:02:00
栏目: [ FPGA]

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