中密度FPGA燃起戰(zhàn)火，Microsemi發(fā)布PolarFire

　　PolarFire橫空出世
　　在兩大FPGA巨擎激戰(zhàn)高密度FPGA市場(chǎng)時(shí)，Microsemi近日在京召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)，宣布推出PolarFire FPGA，定位低功耗、中等密度產(chǎn)品^[1]。

　　負(fù)責(zé)FPGA業(yè)務(wù)的系統(tǒng)級(jí)芯片產(chǎn)品組高級(jí)產(chǎn)品線營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)Shakeel Peera稱(chēng)：Microsemi于2010年收購(gòu)了Actel。因此，Microsemi的FPGA有三十年歷史。此次推出的PolarFire有四大優(yōu)勢(shì)：1.低功耗，比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手低50%功耗;2.成本優(yōu)化;3.可靠性與安全性?xún)?yōu)勢(shì);4.邏輯范圍擴(kuò)展至1K-500K LE，因此和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手一樣，可覆蓋從低密度的CPLD到中密度的FPGA。

　　Microsemi的FPGA產(chǎn)品線較廣，PolarFire的推出，使其FPGA潛在市場(chǎng)擴(kuò)大至25億美元的中等密度器件市場(chǎng)。該市場(chǎng)的首要考慮因素是性能，之后是功耗和成本。PolarFire有12.7G SERDES的速度，功耗和成本更低。

　　從PolarFire架構(gòu)圖可見(jiàn)，PolarFire增加了兩點(diǎn)：1.增加了DDR4接口，2.在普通接口上可接入多路以太網(wǎng)，而不是過(guò)去需要用SERDES。另外有真正的隨機(jī)碼發(fā)生器。還有有差分功率分析防護(hù)，現(xiàn)在新的破解方法是DPA(差分功率分析)。

　　如何降低成本?

　　非易失Flash FPGA通常成本較高，Microsemi如何降低成本?兩大理由：首先，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手采用了high-K工藝、FinFET等，但Microsemi仍采用傳統(tǒng)的CMOS工藝，名稱(chēng)是SONOS(注：來(lái)自Cypress的28nm工藝)，特點(diǎn)是通常充電棒的充電電壓是17.5V,但新產(chǎn)品采用9V,因此充電棒的電路得以簡(jiǎn)化，從而減小了die(晶圓上的芯片)的尺寸。

　　其次，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手設(shè)計(jì)的產(chǎn)品頻譜很廣，定義優(yōu)先考慮高性能和大規(guī)模產(chǎn)品，然后對(duì)中低端產(chǎn)品進(jìn)行性能和功耗的裁剪。而Microsemi針對(duì)中等密度--500K LE設(shè)計(jì)，因此結(jié)構(gòu)更加合理和優(yōu)化。

　如何降低功耗?

　　PolarFire FPGA功耗降低多達(dá)50%，為什么?

　　1.功耗優(yōu)化，NVM(非易失存儲(chǔ)器)只有SRAM的靜態(tài)功耗千分之一。

　　2.由于通常啟動(dòng)FPGA時(shí)有浪涌，因此電源設(shè)計(jì)時(shí)要考慮沖擊電流，但PolarFire沒(méi)有浪涌電流。

　　3.收發(fā)器功耗低。

　　4.NVM支持休眠模式，喚醒后立即就可啟動(dòng)，工作后也可以立即進(jìn)入休眠。

　　5.有硬件IP支持，例如DDR、SGMII PHY和PCIe等有硬核。

　　靜態(tài)功耗低有很多好處。首先，可帶來(lái)性能裕量(例如一共有10mA可用，如果靜態(tài)電流只需1mA,可以有9mA做其他工作)。另外的好處是熱設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)需散熱器和風(fēng)扇。

　　其他長(zhǎng)處

　　后來(lái)者往往總結(jié)了前輩的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的后發(fā)優(yōu)勢(shì)，在一些功能上可以做得更合理和優(yōu)化。

　　例如，安全防護(hù)方面，現(xiàn)在網(wǎng)上新出現(xiàn)了一種方法，花400美元的DPA就可攻擊和篡改芯片，PolarFire FPGA可以應(yīng)對(duì)此。

　　可靠性方面一直是NVM反熔絲的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在波音、空客和國(guó)內(nèi)的大飛機(jī)都是Microsemi的客戶(hù)，NVM的反熔絲可以抗Alpha高能粒子沖擊;另外存儲(chǔ)器也可以得以保護(hù)。

　　另外，PolarFire FPGA產(chǎn)品有小型化封裝。

　　熱門(mén)問(wèn)答

　　Microsemi系統(tǒng)級(jí)芯片產(chǎn)品組SoC業(yè)務(wù)部副總裁兼業(yè)務(wù)部經(jīng)理Bruce Weyer上場(chǎng)，解答了編輯記者們的提問(wèn)。

　*FPGA市場(chǎng)有兩大巨擎：Xilinx和Intel PSG部門(mén)（注：Intel收購(gòu)的Altera）。Microsemi的相對(duì)優(yōu)勢(shì)是什么?

　　縱觀CPLD/FPGA歷史，過(guò)去美國(guó)有三十幾家公司，例如Xilinx, Intel等，最后大浪淘沙，剩下四五家美國(guó)公司。

　　相比FPGA大廠，Microsemi FPGA實(shí)力有限，必須走niche(利基)市場(chǎng)，因此定位中密度、低功耗和安全性高。具體地，Microsemi做1K-500K，而兩大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手涵蓋1K-1000K LE，可見(jiàn)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品線拉得很長(zhǎng)。

*Microsemi為何不把同樣做NVM FPGA的Lattice作為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手?

　　因Lattice主要做消費(fèi)電子。而28nm流片需要2百萬(wàn)美元。

　　目前，Lattice的40nm產(chǎn)品最大做到150K。而Microsemi此次推出的是500K。

　　過(guò)去Actel做超低功耗、低密度的IGLOO系列，2010年被Microsemi收購(gòu)。1-30K主要做軍工和國(guó)防，特色是反熔絲NVM。實(shí)際上，Microsemi在國(guó)防和軍工航天做得好，長(zhǎng)期業(yè)務(wù)穩(wěn)定，但老板想在通訊市場(chǎng)發(fā)展。經(jīng)過(guò)7年的磨合，Microsemi已適應(yīng)收購(gòu)的環(huán)境，開(kāi)始推新產(chǎn)品。此次PolarFire已能做到12.7G SERDES，成為FPGA廠商中第三個(gè)入圍5G技術(shù)的廠商。

　*同樣是通訊，Lattice針對(duì)哪部分?

　　而相比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的被收購(gòu)，例如Intel收購(gòu)Altera，集中在核心網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心。但Microsemi集中在中低帶寬，屬于接入層應(yīng)用，該應(yīng)用的特點(diǎn)是功耗和成本低，安全性高。

*競(jìng)爭(zhēng)公司把低功耗產(chǎn)品命名為ARTIX(Arctic的諧音，北極)、ICE(冰)或IGLOO（雪塊砌成的小屋）系列，為何貴公司的產(chǎn)品叫PolarFire?

　　因?yàn)楣募纫馪olar(極地)那么低，性能又要像fire(火)那么高。

　　點(diǎn)評(píng)

　　人們一般把Microsemi的FPGA和Lattice列為一類(lèi)，但是此次發(fā)布會(huì)上，Microsemi把競(jìng)爭(zhēng)的矛頭指向兩大FPGA巨擎，對(duì)Lattice只字未提。因?yàn)槿昵?，Lattice率先發(fā)布了中密度FPGA，工藝40nm，但是由于戰(zhàn)略定位轉(zhuǎn)向消費(fèi)類(lèi)電子，沒(méi)有繼續(xù)在此延伸。而Microsemi在沉寂了7年后，第一次提出做中密度FPGA，而且跳過(guò)40nm，一下是28nm，可見(jiàn)Microsemi已經(jīng)從收購(gòu)中重新找到了FPGA的方向，恢復(fù)了發(fā)展FPGA的信心。

　　回到文章開(kāi)頭的問(wèn)題，為何FPGA兩大巨擎爭(zhēng)相爭(zhēng)奪高端市場(chǎng)?因?yàn)镕PGA市場(chǎng)的特點(diǎn)是高端市場(chǎng)的營(yíng)業(yè)額和利潤(rùn)率都非常可觀。相比之下，中密度FPGA的利潤(rùn)有限。因此估計(jì)Microsemi進(jìn)軍此市場(chǎng)不會(huì)受到很大阻力，會(huì)獲得一定的市場(chǎng)份額，因?yàn)槌酥械让芏龋琍olarFire的超低功耗和高安全可靠性，是非常有特色的。另外，兩年前Microsemi收購(gòu)了PMC-Sierra公司，因此在通訊市場(chǎng)已有一定的用戶(hù)基礎(chǔ)和渠道，也會(huì)為Microsemi的FPGA帶來(lái)杠桿效應(yīng)。

　　歡迎Micrsemi的FPGA重出江湖，盼望FPGA業(yè)再度活躍起來(lái)!

參考文章：
[1]美高森美發(fā)布業(yè)界最低功耗的成本優(yōu)化FPGA產(chǎn)品系列[R/OL].電子產(chǎn)品世界網(wǎng),(2017-2-16).http://2s4d.com/article/201702/344083.htm