FPGA的技術(shù)市場特點

王 瑩

摘要：本文通過對FPGA行業(yè)主要的市場調(diào)查公司、供應(yīng)商和第三方合作伙伴的訪問。力圖揭示PPGA近期的市場特點及發(fā)展態(tài)勢。

關(guān)鍵詞：FPGA；Xilinx；Altera；Acrel；Lattice；Altium；Garmer

隨著FPGA硬件成本的大幅降低，以及平臺化和生態(tài)系統(tǒng)的逐漸完善，F(xiàn)PGA正在電子設(shè)計中扮演越來越重要的位置。

FPGA近期市場特點

Gartner公司主要負責(zé)半導(dǎo)體預(yù)測和FPGA的副總裁兼首席分析師Bryan Lewis在接受《電子產(chǎn)品世界》編輯采訪時認為，最近FPGA市場有這樣幾個顯著特點：(1)2009年2和3季度，F(xiàn)PGA失去了在PC和移動電話市場的發(fā)展；(2)軍事和無線基站成了2009年FPGA最好的市場；(3)2009年FPGA市場有小幅的下降(如圖1)，但是之后會持續(xù)穩(wěn)固地增長。

在中國市場，F(xiàn)PGA主要大量地應(yīng)用于強勁增長的軍事和通信市場(圖2)。

Bryan一針見血地指出了FPGA／CPLD供應(yīng)商的主要機會：低功耗FPGA一便攜式消費電子中低功耗仍然是件大事；替代ASIC方面，主要在工業(yè)和汽車領(lǐng)域開展：在替代MCU方面，主要是在汽車領(lǐng)域展開，價格很重要：低成本將在很長一段時間努力后實現(xiàn)，但是FPGA的利潤空間將是FPGA廠商關(guān)注的：Xilin給外界的印象是在走SoC平臺路線。

FPGA技術(shù)市場趨勢

首先，可編程勢在必行。

FPGA已經(jīng)被應(yīng)用于系統(tǒng)的核心。無論是用于完成關(guān)鍵功能還是直接作為系統(tǒng)核心，今天的FPGA所提供的性能、功耗和容量，都已經(jīng)達到甚至超過此前ASIC或ASSP的水平。

“FPGA平臺漸成系統(tǒng)核心的發(fā)展趨勢受到幾大因素的影響，”賽靈思(Xilinx)公司亞太區(qū)市場及應(yīng)用總監(jiān)張宇清分析道，“包括設(shè)計領(lǐng)域不斷增長的ASIC開發(fā)成本，對系統(tǒng)復(fù)雜性和高性能的要求，不斷縮短的產(chǎn)品生命周期和上市時間，變化莫測的標(biāo)準(zhǔn)／協(xié)議，以及產(chǎn)品平臺最小化帶來的成本優(yōu)化，對產(chǎn)品差異化設(shè)計的需求，晶圓代工策略等。最后但同樣重要的還有FPGA開發(fā)中的Ip的創(chuàng)新。越來越多的大批量產(chǎn)品通過FPGA設(shè)計生產(chǎn)出來，使得FPGA的概念完全跳出了以前的膠粘邏輯或原型設(shè)計應(yīng)用的概念。我們相信，除了特大批量應(yīng)用(如手機等)，F(xiàn)PGAE經(jīng)成為大部分應(yīng)用市場的最佳選擇。”

摩爾定律的持續(xù)有效使芯片密度和性能持續(xù)提升，同時也在開發(fā)和生產(chǎn)復(fù)雜性方面帶來巨大挑戰(zhàn)。賽靈思和業(yè)界人士普遍認為在發(fā)展傳統(tǒng)ASIC和ASSP的同時，下一代系統(tǒng)設(shè)計中將越來越多地采用FPGA。同時，根據(jù)Gartner的預(yù)計：2008年新開工設(shè)計中，采用FPGA的設(shè)計與采用ASIC的設(shè)計比率為25：1，更進一步顯示出在可預(yù)見的未來，可編程成為設(shè)計的必需。

愛特公司(Actel)亞太區(qū)總經(jīng)理賴炫州分析了ASIC／ASSP業(yè)務(wù)模式的困境：安裝復(fù)雜性高、成本高：300mm晶圓廠成本飆升，45nm工藝節(jié)點要花費40億美元(如圖4)，32nm工業(yè)節(jié)點花費80億美元；全球市場不斷變化，給ASIC／ASSP模式帶來壓力，每項設(shè)計成本為5000萬～1億美元，只有少數(shù)10億美元市場能夠支持投資回報率(ROI)；風(fēng)險投資正在縮減。

客戶多樣化

2000年以前，F(xiàn)PGA／PLD公司非常看重高增長的通信市場。2000年后的網(wǎng)絡(luò)泡沫破滅后，F(xiàn)PGA開始轉(zhuǎn)向了工業(yè)和消費市場。據(jù)賽靈思張宇清介紹，該公司正努力實現(xiàn)客戶基礎(chǔ)多樣化，現(xiàn)在通信行業(yè)占營業(yè)收入的比例不到其50％，另一半則分布于更廣泛的終端市場上。目前，在通信市場之外，賽靈思面向的具體產(chǎn)品線包括汽車、消費電子、ISM(工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)療設(shè)備)、航空和國防等應(yīng)用領(lǐng)域。其中汽車領(lǐng)域包括駕駛輔助、車載信息和信息娛樂應(yīng)用，消費電子領(lǐng)域包括數(shù)字顯示器、數(shù)碼攝像機和機頂盒，ISM領(lǐng)域包括工業(yè)成像(含監(jiān)控)、工業(yè)指令與控制(機器視覺、電機／運動控制)和醫(yī)學(xué)，航空和國防領(lǐng)域包括航空電子、飛機、雷達、聲納和指令、控制、通信、計算機、智能、監(jiān)控以及偵察系統(tǒng)等領(lǐng)域。

平臺化戰(zhàn)略

張宇清認為，要滿足對可編程能力迫在眉睫的需求，以及市場更加分散，需要從兩方面做工作：首先是通過可編程硬件創(chuàng)新在FPGA關(guān)鍵性能指標(biāo)的每個方面(價格、功率、性能、密度、功能以及可編程能力)提供業(yè)界領(lǐng)先的價值；其次是為電子系統(tǒng)設(shè)計人員提供所需要的工具、設(shè)計方法和IP，從而使FPGA能真正幫助他們實現(xiàn)產(chǎn)品快速上市和提供靈活性這些承諾。

為了幫助客戶更多地采用FPGA，F(xiàn)PGA供應(yīng)商提供一個全面的設(shè)計環(huán)境至關(guān)重要，因此賽靈思2009年提出了TDP(目標(biāo)設(shè)計平臺)概念80％的工作留給Xilinx及第三方合作伙伴完成，客戶只需做2096的自主創(chuàng)新工作，這樣不僅使產(chǎn)品實現(xiàn)了創(chuàng)新，同時加速了產(chǎn)品推向市場。

獨立的第三方FPGA工具供應(yīng)商也同樣認為FpGA正在向平臺化轉(zhuǎn)變。“設(shè)計人員思考和實現(xiàn)FPGA器件的方式的重大轉(zhuǎn)變是：除了將FPGA視為電子硬件的固定部分的方便容器，設(shè)計人員現(xiàn)在還可以將FPGA用作其設(shè)計的靈活核心，”Altium公司亞太區(qū)技術(shù)支持與應(yīng)用總監(jiān)David Read說，“通過運用FPGA可編程能力，整個SoC系統(tǒng)(包括微處理器、內(nèi)存及外設(shè)器件)可以得到快速開發(fā)和上市。這意味著有更多的設(shè)計師能夠?qū)⒏嗑τ迷谟兄趯崿F(xiàn)產(chǎn)品差異化的方面，以及處于產(chǎn)品核心的智能性。”

但是，從FPGA使用者角度考慮，F(xiàn)PGA方案設(shè)計完成后，由于FPGA供貨問題，有時不能立即拿到某些FPGA批量產(chǎn)品；或者發(fā)現(xiàn)另外一家FPGA企業(yè)的產(chǎn)品價格更低或性能更合適，但想轉(zhuǎn)換到另外一家企業(yè)的產(chǎn)品就有困難，通常從FPGA硬件到開發(fā)板、軟件環(huán)境都要全面更換。為了解決這個問題，不供應(yīng)FPGA芯片的獨立的第三方開發(fā)板供應(yīng)商的優(yōu)勢就顯現(xiàn)了，例如Altium NanoBoard 2系列開發(fā)板及Altium Designer設(shè)計工具，可使工程師快速開發(fā)和PCB布線，自由地采購FPGA廠家的芯片。

但是，NanoBoard 2的成本又上去了，需要上萬元人民幣。因此，Altium NanoBoard 3000應(yīng)運而生，其特點盡管又是針對某公司某款FPGA，但是價格只有4000元人民幣以下。另一個突出特點是設(shè)計人員可在事前不具備任何FPGA專業(yè)技術(shù)的情況下，在FPGA內(nèi)部構(gòu)建基于“軟”處理器的優(yōu)異系統(tǒng)。

David總結(jié)道，設(shè)計師們正在尋