FPGA技術的優(yōu)劣勢分析

盡管FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）從誕生至今只有20多年的歷史，但作為一個新興產業(yè)，FPGA已經取得了輝煌的成就。8月28日，在成都“2009中國FPGA產業(yè)發(fā)展論壇”上，FPGA企業(yè)的代表、系統(tǒng)企業(yè)的代表、市場調研公司的分析師以及關注FPGA產業(yè)的各界人士共聚一堂，熱烈探討FPGA產業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢。

靈活性凸顯FPGA優(yōu)勢

從工藝技術來看，和CPU一樣，FPGA始終走在半導體產業(yè)的前列，如今已躋身40納米陣營；就應用領域而言，FPGA已從最初的通信領域向各行各業(yè)擴展。在美國賽靈思公司亞太區(qū)市場及應用總監(jiān)張宇清看來，市場的迅速變化、企業(yè)對成本和資金投入的控制以及技術的創(chuàng)新是FPGA產業(yè)發(fā)展的3大推動力。在本次論壇的專題演講中，張宇清表示，FPGA的可編程特性使得該器件具有獨特的靈活性，可以幫助系統(tǒng)廠商在最短的時間內推出產品并實現(xiàn)產業(yè)化；隨著工藝的進步，ASIC產品所需的NRE（一次性工程）成本越來越高，受企業(yè)研發(fā)資金的約束，ASIC在很多市場領域已被FPGA取代。

同時，FPGA廠商也致力于為客戶提供更全面的服務。來自Altera公司亞太區(qū)的DSP高級技術專家王水表示，FPGA廠商提供給客戶的不僅僅是簡單的芯片，而且要包括功能非常強大的IP，還要有非常完善的參考設計，另外，還要為客戶提供非常專業(yè)的技術支持。

   Actel公司亞太區(qū)技術經理兼高級市場應用工程師戴夢麟則向與會人士介紹了面向低功耗需求的圖形化設計方案———MPM(混合信號電源管理)。該方案基于Actel公司獨特的具備模擬功能的FusionFPGA，整個方案無需重新編程，在明顯提高整體電源管理效率的同時也提高了工程師的工作效率。

不過，FPGA在應用中的不足之處也比較明顯。即便是來自FPGA企業(yè)的人士也承認，如果僅就單個芯片的成本而言，FPGA是不占優(yōu)勢的，這就不利于其在大規(guī)模應用中的推廣；此外，功耗問題也是制約FPGA產業(yè)快速成長的一個因素。

消費市場重在快速反應

全球主流半導體廠商在消費電子領域的競爭早已是刺刀見紅，而在該領域，FPGA還是一個新兵。張宇清表示，FPGA在消費電子產品中應用的瓶頸在于成本和功耗，如果跟ASIC比拼的話，還是有一定距離的，盡管這種差距在不斷縮小；另外，在消費電子領域，FPGA和ASIC都還要面對ASSP的挑戰(zhàn)。

基于FPGA的設計能幫助終端產品縮短上市時間，這使得FPGA在消費電子領域有更多的應用。據張宇清介紹，在LCDTV領域，一些日本和韓國廠商在推出40英寸以上的LCDTV的時候，其第一代產品往往是用FPGA來做主芯片的。利用FPGA的可編程特性還有一個好處就是可以降低庫存，系統(tǒng)廠商用同樣的PCB，可以支持全世界不同的市場需求和功能，每一次配置都可以實現(xiàn)不同的功能。

四川虹微技術有限公司應用開發(fā)組經理高君效也認為，FPGA在消費電子領域的應用，其最重要的優(yōu)點體現(xiàn)在一個“快”字。他表示，隨著市場的細分，終端企業(yè)要保持較高的毛利率就必須盡快地搶占市場，否則就會面臨破產。

而FPGA具有開發(fā)周期短的特點，這對于終端企業(yè)而言是很有吸引力的。

對于FPGA在消費電子領域的應用，高君效強調的另外兩個字是“服務”。他認為，服務在消費電子市場是一個非常重要的環(huán)節(jié)，FPGA廠商不僅要幫助客戶快速推出產品、推出方案，也要幫助客戶的客戶考慮問題，讓客戶的客戶覺得生產比較方便、靈活而且實用；另外，FPGA廠商也應該想辦法幫助那些設計能力不是很強的客戶，讓他們快速地定位自己的終端產品，并且能夠快速地發(fā)現(xiàn)產品的問題所在，同時提出維修的建議。這樣，FPGA產品就會在競爭的天平中獲得更重的砝碼。

通信應用謹防黃雀在后

通信領域一向是FPGA應用的主戰(zhàn)場，曾經占FPGA整體市場份額的80%以上；隨著FPGA應用領域的擴展，這一比例有所下降，但仍然維持在50%左右?？梢?，通信領域是FPGA主流企業(yè)的必爭之地。事實上，對通信設備廠商而言，他們的選擇不僅僅是FPGA，ASIC和通用的CPU/DSP也是頗有競爭力的選項。中興通訊IC總工程師陳月峰表示，在通信設備中，這3種產品的使用量基本是接近的，在不同的需求中各有側重。

陳月峰認為，與ASIC相比，FPGA的開發(fā)周期非常短，非常適合需要快速推向市場的產品；跟通用CPU和DSP相比，在需要高帶寬數(shù)據處理的領域，FPGA更能體現(xiàn)它的優(yōu)勢。在通信領域，協(xié)議標準的演進趨勢對FPGA也比較有利。“一般來說，在協(xié)議標準演進前期，協(xié)議變化非常劇烈，通信設備廠商會傾向于選擇FPGA；到協(xié)議標準演進后期，協(xié)議相對比較穩(wěn)定，就會采用ASIC。”陳月峰在演講中表示，“現(xiàn)在的趨勢越來越趨向于多標準演進，無論是無線通信還是有線通信，單一制式和單一標準的演進都已經基本不存在了，所有都是多標準演進。由于多標準演進的時間不是同步的，所以FPGA的應用范圍就不斷擴大，而ASIC的應用范圍就日益縮小。另外，通信產品個性化定制的需求越來越強烈，產品要求多樣化。設備廠商的每一個產品針對某個客戶都會有一些定制的需求。由于FPGA具有可編程的特色，靈活性很強，所以一般會被作為首選。”

在通信領域，FPGA的應用也面臨不少威脅，多核DSP/CPU的應用就是一個有力的挑戰(zhàn)者。據陳月峰介紹，目前TI、飛思卡爾等公司在多核DSP里集成了很多硬件加速單元，同時其DSP的頻率也越來越高，這種趨勢使得通信廠商可以把一些核心功能放到DSP中去處理，只把一些高速數(shù)據傳輸?shù)墓δ苡?/span>FPGA來實現(xiàn)，FPGA在通信核心功能的應用市場縮小，而被擠壓的部分恰好是中高端FPGA產品；其次，SoC的應用推動內嵌CPU/DSP核的ASIC開發(fā)，多核CPU/DSP架構加硬件加速器的架構同樣可以在ASIC中實現(xiàn)，雖然其DSP的功能比高端DSP產品弱，但也能滿足通信設備廠商的需求；另外，介于FPGA和ASIC之間的技術的結構化ASIC(eASIC)也利用其開發(fā)周期短和成本低的優(yōu)點開始擠占低成本FPGA的市場。