FPGA技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)分析

盡管FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）從誕生至今只有20多年的歷史，但作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，FPGA已經(jīng)取得了輝煌的成就。8月28日，在成都“2009中國(guó)FPGA產(chǎn)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(chǎng)調(diào)研公司的分析師以及關(guān)注FPGA產(chǎn)業(yè)的各界人士共聚一堂，熱烈探討FPGA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢(shì)。

靈活性凸顯FPGA優(yōu)勢(shì)

從工藝技術(shù)來看，和CPU一樣，FPGA始終走在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的前列，如今已躋身40納米陣營(yíng)；就應(yīng)用領(lǐng)域而言，FPGA已從最初的通信領(lǐng)域向各行各業(yè)擴(kuò)展。在美國(guó)賽靈思公司亞太區(qū)市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)張宇清看來，市場(chǎng)的迅速變化、企業(yè)對(duì)成本和資金投入的控制以及技術(shù)的創(chuàng)新是FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展的3大推動(dòng)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(dú)特的靈活性，可以幫助系統(tǒng)廠商在最短的時(shí)間內(nèi)推出產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；隨著工藝的進(jìn)步，ASIC產(chǎn)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(chǎng)領(lǐng)域已被FPGA取代。

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

   Actel公司亞太區(qū)技術(shù)經(jīng)理兼高級(jí)市場(chǎng)應(yīng)用工程師戴夢(mèng)麟則向與會(huì)人士介紹了面向低功耗需求的圖形化設(shè)計(jì)方案———MPM(混合信號(hào)電源管理)。該方案基于Actel公司獨(dú)特的具備模擬功能的FusionFPGA，整個(gè)方案無需重新編程，在明顯提高整體電源管理效率的同時(shí)也提高了工程師的工作效率。

不過，FPGA在應(yīng)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(rèn)，如果僅就單個(gè)芯片的成本而言，FPGA是不占優(yōu)勢(shì)的，這就不利于其在大規(guī)模應(yīng)用中的推廣；此外，功耗問題也是制約FPGA產(chǎn)業(yè)快速成長(zhǎng)的一個(gè)因素。

消費(fèi)市場(chǎng)重在快速反應(yīng)

全球主流半導(dǎo)體廠商在消費(fèi)電子領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)早已是刺刀見紅，而在該領(lǐng)域，FPGA還是一個(gè)新兵。張宇清表示，FPGA在消費(fèi)電子產(chǎn)品中應(yīng)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??；另外，在消費(fèi)電子領(lǐng)域，FPGA和ASIC都還要面對(duì)ASSP的挑戰(zhàn)。

基于FPGA的設(shè)計(jì)能幫助終端產(chǎn)品縮短上市時(shí)間，這使得FPGA在消費(fèi)電子領(lǐng)域有更多的應(yīng)用。據(jù)張宇清介紹，在LCDTV領(lǐng)域，一些日本和韓國(guó)廠商在推出40英寸以上的LCDTV的時(shí)候，其第一代產(chǎn)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(gè)好處就是可以降低庫(kù)存，系統(tǒng)廠商用同樣的PCB，可以支持全世界不同的市場(chǎng)需求和功能，每一次配置都可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。

四川虹微技術(shù)有限公司應(yīng)用開發(fā)組經(jīng)理高君效也認(rèn)為，FPGA在消費(fèi)電子領(lǐng)域的應(yīng)用，其最重要的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在一個(gè)“快”字。他表示，隨著市場(chǎng)的細(xì)分，終端企業(yè)要保持較高的毛利率就必須盡快地?fù)屨际袌?chǎng)，否則就會(huì)面臨破產(chǎn)。

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

對(duì)于FPGA在消費(fèi)電子領(lǐng)域的應(yīng)用，高君效強(qiáng)調(diào)的另外兩個(gè)字是“服務(wù)”。他認(rèn)為，服務(wù)在消費(fèi)電子市場(chǎng)是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，FPGA廠商不僅要幫助客戶快速推出產(chǎn)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(chǎn)比較方便、靈活而且實(shí)用；另外，FPGA廠商也應(yīng)該想辦法幫助那些設(shè)計(jì)能力不是很強(qiáng)的客戶，讓他們快速地定位自己的終端產(chǎn)品，并且能夠快速地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的問題所在，同時(shí)提出維修的建議。這樣，FPGA產(chǎn)品就會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)的天平中獲得更重的砝碼。

通信應(yīng)用謹(jǐn)防黃雀在后

通信領(lǐng)域一向是FPGA應(yīng)用的主戰(zhàn)場(chǎng)，曾經(jīng)占FPGA整體市場(chǎng)份額的80%以上；隨著FPGA應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，這一比例有所下降，但仍然維持在50%左右?？梢?，通信領(lǐng)域是FPGA主流企業(yè)的必爭(zhēng)之地。事實(shí)上，對(duì)通信設(shè)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(jìng)爭(zhēng)力的選項(xiàng)。中興通訊IC總工程師陳月峰表示，在通信設(shè)備中，這3種產(chǎn)品的使用量基本是接近的，在不同的需求中各有側(cè)重。

陳月峰認(rèn)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(chǎng)的產(chǎn)品；跟通用CPU和DSP相比，在需要高帶寬數(shù)據(jù)處理的領(lǐng)域，FPGA更能體現(xiàn)它的優(yōu)勢(shì)。在通信領(lǐng)域，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)趨勢(shì)對(duì)FPGA也比較有利。“一般來說，在協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)前期，協(xié)議變化非常劇烈，通信設(shè)備廠商會(huì)傾向于選擇FPGA；到協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)后期，協(xié)議相對(duì)比較穩(wěn)定，就會(huì)采用ASIC。”陳月峰在演講中表示，“現(xiàn)在的趨勢(shì)越來越趨向于多標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)，無論是無線通信還是有線通信，單一制式和單一標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)都已經(jīng)基本不存在了，所有都是多標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)。由于多標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的時(shí)間不是同步的，所以FPGA的應(yīng)用范圍就不斷擴(kuò)大，而ASIC的應(yīng)用范圍就日益縮小。另外，通信產(chǎn)品個(gè)性化定制的需求越來越強(qiáng)烈，產(chǎn)品要求多樣化。設(shè)備廠商的每一個(gè)產(chǎn)品針對(duì)某個(gè)客戶都會(huì)有一些定制的需求。由于FPGA具有可編程的特色，靈活性很強(qiáng)，所以一般會(huì)被作為首選。”

在通信領(lǐng)域，FPGA的應(yīng)用也面臨不少威脅，多核DSP/CPU的應(yīng)用就是一個(gè)有力的挑戰(zhàn)者。據(jù)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(shí)其DSP的頻率也越來越高，這種趨勢(shì)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(jù)傳輸?shù)墓δ苡?/span>FPGA來實(shí)現(xiàn)，FPGA在通信核心功能的應(yīng)用市場(chǎng)縮小，而被擠壓的部分恰好是中高端FPGA產(chǎn)品；其次，SoC的應(yīng)用推動(dòng)內(nèi)嵌CPU/DSP核的ASIC開發(fā)，多核CPU/DSP架構(gòu)加硬件加速器的架構(gòu)同樣可以在ASIC中實(shí)現(xiàn)，雖然其DSP的功能比高端DSP產(chǎn)品弱，但也能滿足通信設(shè)備廠商的需求；另外，介于FPGA和ASIC之間的技術(shù)的結(jié)構(gòu)化ASIC(eASIC)也利用其開發(fā)周期短和成本低的優(yōu)點(diǎn)開始擠占低成本FPGA的市場(chǎng)。