FPGA：亲和力激活竞争力
FPGA：亲和力激活竞争力
来源：中国电子报 在过去的半个世纪里，集成电路技术的进步不断刷新着全球电子信息产业的形态，五光十色的新产品、新应用也改变了人类的生活方式。然而，被新技术“宠坏”了的消费者越来越“喜新厌旧”，电子产品的市场寿命周期日益缩短，而企业对于产品差异化的不懈追求又进一步压缩了单个产品的市场空间。与此同时，工艺技术的升级也让产品的开发成本呈几何级数上升。市场在呼唤一种能够降低研发成本、缩短开发周期并具有设计灵活性的产品。在此背景下，FPGA(现场可编程门阵列)产业逐渐壮大并显露出不可阻挡的气势。
抢食ASIC/ASSP市场
研发成本的上升抬高了ASIC(专用集成电路)和ASSP(专用标准电路)的研发门槛。调研机构IBS提供的数据显示，在集成电路的90纳米节点，其研发成本约为2000万美元；到65纳米节点研发成本已接近4000万美元；目前最先进的32纳米和28纳米工艺技术的研发成本大约为9700万美元；而到了22纳米节点，其研发成本预计将突破1.5亿美元。通常，集成电路设计企业针对某种产品的研发成本与该产品的销售收入之比为1∶5。也就是说，当设计进入32纳米/28纳米之后，企业只有在对其产品的销售预期大于5亿美元的前提之下才会投入资源进行研发。采用尖端工艺技术的ASIC和ASSP势必逐步退守到量大面广的产品领域，而在一些市场空间较小的细分领域，我们将看到采用最新技术的FPGA和工艺水平相对较低的ASIC/ASSP进行较量。
“技术的进步是FPGA‘势不可挡’的原动力。”赛灵思公司亚太区销售与市场副总裁杨飞在接受《中国电子报》记者采访时表示，“根据我们的统计，在90纳米工艺节点，ASIC和ASSP只有不到25%的‘传统领地’会受到FPGA的挑战；而在引入28纳米工艺之后，ASIC和ASSP将有超过75%的应用领域面临FPGA的竞争。不仅如此，FPGA还利用自身的优势，在无线通信、智能视频监控等多个领域解决了传统ASIC、ASSP和DSP器件无法解决的问题。”
市场调研机构Gartner提供的数据似乎印证了杨飞的观点：自1998年以来，全球ASIC新增项目数量逐年递减，2009年的降幅甚至达到21.7%；ASSP情况稍好，其新增项目数量自2005年以来逐年递减，预计到2013年，新增项目数将由2004年的4762项减少为3262项。当然，值得一提的是，ASSP的整体市场仍在快速增长。
“当然，在传统的消费类电子行业，ASIC产量大，具有绝对的低成本优势，占据了很大的市场份额。但是在工业领域等其他应用方面，基于可编程逻辑器件的解决方案将继续扮演重要角色。”Altera公司亚太区高级市场经理罗嘉鸾表示，“多年来，ASIC的成本在不断攀升，我们已经领先于ASIC行业。特别是在40纳米节点，我们赢得的大部分设计实际上来自Altera非主要用户。也就是说，他们曾一直使用竞争对手的FPGA解决方案，或者是ASIC、ASSP和DSP。”
“展望未来，可编程逻辑市场前景一片光明。”赛灵思公司总裁兼CEO Moshe Gavrielov表示，“据分析家预测，2010年，该行业的市场增长率将在45%以上，达到48亿美元。而根据Raymond James Financial公司提供的数据，可编程逻辑市场将攫取原先属于ASIC阵营的150亿美元到200亿美元的市场份额。”
寻找新“甜蜜点”
虽然FPGA行业的整体发展速度高于ASIC/ASSP，但对于FPGA的从业者来说，如何更深入地了解设计人员的需求，通过产品创新为FPGA寻找新的市场“甜蜜点”，是他们一直都面临的挑战。
“2010年，FPGA产业最令人瞩目的发展机遇是满足越来越高的带宽需求，在以前仅采用ASIC和ASSP的应用中使用FPGA。”Altera公司高级市场副总裁Danny Biran分析说。美国的相关机构预测，到2015年，美国IP流量每年将达到泽字节(1021字节)，云计算、视频游戏、VoIP和视频点播等应用推动了带宽需求的增长。为此，系统开发人员需要拥有高速收发器的硬件，在这方面，最新的FPGA要比其他硬件解决方案更具优势。
因为ASIC、ASSP流片时，仅收发器的IP费用就高达几十万美元，更不要说先进工艺节点在流片时费用的快速攀升和诸多风险了。
而且，不仅仅是通信市场对高速收发器有需求，2010年逐步联网的工业自动化市场也提出了类似需求。工业以太网令系统更容易维护、管理和更新。这也是一类以前并没有使用FPGA的应用。由于工业领域的以太网标准种类繁多，只有采用FPGA，用户才能针对最佳应用使用合适的协议，显然，FPGA为这类应用带来最佳性价比。
同时，中国在2010年加速推进三网融合，FPGA行业人士也与三网融合各环节设备企业共同分析需求，在通信解决方案、高密度EdgeQAM解决方案、视频和高端音频平台方案等领域寻找新的机遇。在一些环节，是采用FPGA还是ASIC和ASSP，设备企业尚无定论，FPGA企业正在优化FPGA方案的性价比，可以预见，三网融合市场上的争夺战已经打响。同其他新市场一样，在三网融合市场，FPGA产业同样面临如何培训工程师的挑战。“这种融合趋势下，许多数字工程师必须重新学习射频领域的高频设计技术。”爱特公司高级产品市场推广经理Rajiv Nema说。
此外，在高端视频监控市场，1080p高清和智能跟踪以及分析对数据处理提出更高需求，在一些方案中，DSP平台已无法支撑，为此，一些高端监控平台正转向FPGA的并行处理技术。
消费电子市场在过去并不是FPGA的优势领域，但是，最近一两年也发生了惊人的转变。“对消费类电子产品而言，抢先把产品推向市场就意味着可以确立市场优势，并获得更高的利润。”赛灵思公司亚太区销售与市场副总裁杨飞介绍说，“FPGA与生俱来的灵活性恰恰迎合了缩短上市周期的需求。因此，我们看到越来越多的平板电视、手机等消费类电子产品正在大量使用FPGA。”当然，这与FPGA在功耗、成本和尺寸上的创新和改善有紧密联系，这些改善在结合FPGA天然的优势，为消费电子设计人员提供了性价比更高的方案。北京立功致远科技有限公司Actel FPGA市场推广与技术支持工程师郭立龙就举例介绍说，FPGA器件的尺寸已经小到3mm×3mm，可以贴在手机的主板与屏幕之间的排线上面，经过FPGA接口转换的TFT时序摆脱了原配手机屏幕的限制，现在手机可以使用一个任何接口标准的屏幕了。三星的一款带有前后双屏幕的数码相机在设计中大胆引入FPGA，将背后大屏影像缩放至前面小屏上。相信三星等领头羊企业将引领更多消费电子系统设计企业采用FPGA。
吸引软件工程师
除了寻找市场上的“甜蜜点”外，FPGA行业也正在试图通过改变自身的产品特性和设计流程来吸引更多的系统设计工程师。他们的途径之一就是引入ARM。引入ARM为FPGA行业带来两大明显的转变：一是使FPGA平台成为较为开放、有更多应用案例、为更多工程师所熟悉的SoC开发平台；二是FPGA的设计流程从以硬件设计为主转变为以软件为主。这两大转变无疑将吸引更多的系统设计工程师特别是软件工程师应用FPGA。
爱特公司全球首席执行官John East分析说，从理想角度来看，系统设计工程师真正想要的是一个可定制化的解决方案。大多数系统设计人员都是提前确定处理器内核，而对其他各部分的要求直到设计周期的最后一分钟都可能改变。因此，大部分设计人员都期待有这么一个解决方案，它包含嵌入式业界标准内核，带有直观易用的设计流程，能够执行所选外设的经全面验证的IP组合以及一个由业界领先工具组成的生态系统，最好还有与外界连接的片上可编程模拟功能。而爱特针对这样的需求设计推出了集成ARM Cortex M3的SmartFusion单芯片。“我认为，很快地，SoC就将成为设计的起点，而不是终点。”John East说。
赛灵思公司亚太区市场及应用总监张宇清则表示，赛灵思将ARM Cortex-A9引入FPGA，打造了一个“以处理器为主、以FPGA为辅”的系统。而以处理器为核心的设计方法可以支持一个以软件为核心的开发流程。
“从全球范围看，软件工程师与硬件工程师数量之比超过了10∶1，而且系统设计的工作量中80%以上是软件开发。为此，10年来，FPGA厂商一直在寻求把众多的嵌入式软件工程师引入到主要由硬件设计工程师构成的用户群体中。”ARM公司嵌入式应用市场经理罗霖对《中国电子报》记者说。他进一步分析说，以前，以FPGA作为开发平台，设计流程一般是要先开发硬件，然后再开发软件。但将ARM引入FPGA后，系统设计可以先从软件开发的角度来定义产品功能和模块，哪些部分需要软件就开发软件，哪些部分需要使用FPGA，就再做硬件开发。“这种以处理器为核心的系统定义和设计方法可以支持一个以软件为核心的开发流程。”罗霖说，“这样，软件工程师会越来越多地被引入到项目中来。”吸引了软件工程师用户群体，无疑将拓展FPGA的市场领地。
