標題：FPGA：親和力激活競爭力

在過去的半個世紀里，集成電路技術的進步不斷刷新著全球電子信息產業的形態，五光十色的新產品、新應用也改變了人類的生活方式。然而，被新技術“寵壞”了的消費者越來越“喜新厭舊”，電子產品的市場壽命周期日益縮短，而企業對于產品差異化的不懈追求又進一步壓縮了單個產品的市場空間。與此同時，工藝技術的升級也讓產品的開發成本呈幾何級數上升。市場在呼喚一種能夠降低研發成本、縮短開發周期并具有設計靈活性的產品。在此背景下，FPGA(現場可編程門陣列)產業逐漸壯大并顯露出不可阻擋的氣勢。

　　搶食ASIC/ASSP市場

　　研發成本的上升抬高了ASIC(專用集成電路)和ASSP(專用標準電路)的研發門檻。調研機構IBS提供的數據顯示，在集成電路的90納米節點，其研發成本約為2000萬美元；到65納米節點研發成本已接近4000萬美元；目前最先進的32納米和28納米工藝技術的研發成本大約為9700萬美元；而到了22納米節點，其研發成本預計將突破1.5億美元。通常，集成電路設計企業針對某種產品的研發成本與該產品的銷售收入之比為1∶5。也就是說，當設計進入32納米/28納米之后，企業只有在對其產品的銷售預期大于5億美元的前提之下才會投入資源進行研發。采用尖端工藝技術的ASIC和ASSP勢必逐步退守到量大面廣的產品領域，而在一些市場空間較小的細分領域，我們將看到采用最新技術的FPGA和工藝水平相對較低的ASIC/ASSP進行較量。

　　“技術的進步是FPGA‘勢不可擋’的原動力。”賽靈思公司亞太區銷售與市場副總裁楊飛在接受《中國電子報》記者采訪時表示，“根據我們的統計，在90納米工藝節點，ASIC和ASSP只有不到25%的‘傳統領地’會受到FPGA的挑戰；而在引入28納米工藝之后，ASIC和ASSP將有超過75%的應用領域面臨FPGA的競爭。不僅如此，FPGA還利用自身的優勢，在無線通信、智能視頻監控等多個領域解決了傳統ASIC、ASSP和DSP器件無法解決的問題。”

　　市場調研機構Gartner提供的數據似乎印證了楊飛的觀點：自1998年以來，全球ASIC新增項目數量逐年遞減，2009年的降幅甚至達到21.7%；ASSP情況稍好，其新增項目數量自2005年以來逐年遞減，預計到2013年，新增項目數將由2004年的4762項減少為3262項。當然，值得一提的是，ASSP的整體市場仍在快速增長。

　　“當然，在傳統的消費類電子行業，ASIC產量大，具有絕對的低成本優勢，占據了很大的市場份額。但是在工業領域等其他應用方面，基于可編程邏輯器件的解決方案將繼續扮演重要角色。”Altera公司亞太區高級市場經理羅嘉鸞表示，“多年來，ASIC的成本在不斷攀升，我們已經領先于ASIC行業。特別是在40納米節點，我們贏得的大部分設計實際上來自Altera非主要用戶。也就是說，他們曾一直使用競爭對手的FPGA解決方案，或者是ASIC、ASSP和DSP。”

　　“展望未來，可編程邏輯市場前景一片光明。”賽靈思公司總裁兼CEO Moshe Gavrielov表示，“據分析家預測，2010年，該行業的市場增長率將在45%以上，達到48億美元。而根據Raymond James Financial公司提供的數據，可編程邏輯市場將攫取原先屬于ASIC陣營的150億美元到200億美元的市場份額。”

　　尋找新“甜蜜點”

　　雖然FPGA行業的整體發展速度高于ASIC/ASSP，但對于FPGA的從業者來說，如何更深入地了解設計人員的需求，通過產品創新為FPGA尋找新的市場“甜蜜點”，是他們一直都面臨的挑戰。

　　“2010年，FPGA產業最令人矚目的發展機遇是滿足越來越高的帶寬需求，在以前僅采用ASIC和ASSP的應用中使用FPGA。”Altera公司高級市場副總裁Danny Biran分析說。美國的相關機構預測，到2015年，美國IP流量每年將達到澤字節(1021字節)，云計算、視頻游戲、VoIP和視頻點播等應用推動了帶寬需求的增長。為此，系統開發人員需要擁有高速收發器的硬件，在這方面，最新的FPGA要比其他硬件解決方案更具優勢。

　　因為ASIC、ASSP流片時，僅收發器的IP費用就高達幾十萬美元，更不要說先進工藝節點在流片時費用的快速攀升和諸多風險了。

　　而且，不僅僅是通信市場對高速收發器有需求，2010年逐步聯網的工業自動化市場也提出了類似需求。工業以太網令系統更容易維護、管理和更新。這也是一類以前并沒有使用FPGA的應用。由于工業領域的以太網標準種類繁多，只有采用FPGA，用戶才能針對最佳應用使用合適的協議，顯然，FPGA為這類應用帶來最佳性價比。

　　同時，中國在2010年加速推進三網融合，FPGA行業人士也與三網融合各環節設備企業共同分析需求，在通信解決方案、高密度EdgeQAM解決方案、視頻和高端音頻平臺方案等領域尋找新的機遇。在一些環節，是采用FPGA還是ASIC和ASSP，設備企業尚無定論，FPGA企業正在優化FPGA方案的性價比，可以預見，三網融合市場上的爭奪戰已經打響。同其他新市場一樣，在三網融合市場，FPGA產業同樣面臨如何培訓工程師的挑戰。“這種融合趨勢下，許多數字工程師必須重新學習射頻領域的高頻設計技術。”愛特公司高級產品市場推廣經理Rajiv Nema說。

　　此外，在高端視頻監控市場，1080p高清和智能跟蹤以及分析對數據處理提出更高需求，在一些方案中，DSP平臺已無法支撐，為此，一些高端監控平臺正轉向FPGA的并行處理技術。

　　消費ic37在過去并不是FPGA的優勢領域，但是，最近一兩年也發生了驚人的轉變。“對消費類電子產品而言，搶先把產品推向市場就意味著可以確立市場優勢，并獲得更高的利潤。”賽靈思公司亞太區銷售與市場副總裁楊飛介紹說，“FPGA與生俱來的靈活性恰恰迎合了縮短上市周期的需求。因此，我們看到越來越多的平板電視、手機等消費類電子產品正在大量使用FPGA。”當然，這與FPGA在功耗、成本和尺寸上的創新和改善有緊密聯系，這些改善在結合FPGA天然的優勢，為消費電子設計人員提供了性價比更高的方案。北京立功致遠科技有限公司Actel FPGA市場推廣與技術支持工程師郭立龍就舉例介紹說，FPGA器件的尺寸已經小到3mm×3mm，可以貼在手機的主板與屏幕之間的排線上面，經過FPGA接口轉換的TFT時序擺脫了原配手機屏幕的限制，現在手機可以使用一個任何接口標準的屏幕了。三星的一款帶有前后雙屏幕的數碼相機在設計中大膽引入FPGA，將背后大屏影像縮放至前面小屏上。相信三星等領頭羊企業將引領更多消費電子系統設計企業采用FPGA。

　　吸引軟件工程師

　　除了尋找市場上的“甜蜜點”外，FPGA行業也正在試圖通過改變自身的產品特性和設計流程來吸引更多的系統設計工程師。他們的途徑之一就是引入ARM。引入ARM為FPGA行業帶來兩大明顯的轉變：一是使FPGA平臺成為較為開放、有更多應用案例、為更多工程師所熟悉的SoC開發平臺；二是FPGA的設計流程從以硬件設計為主轉變為以軟件為主。這兩大轉變無疑將吸引更多的系統設計工程師特別是軟件工程師應用FPGA。

　　愛特公司全球首席執行官John East分析說，從理想角度來看，系統設計工程師真正想要的是一個可定制化的解決方案。大多數系統設計人員都是提前確定處理器內核，而對其他各部分的要求直到設計周期的最后一分鐘都可能改變。因此，大部分設計人員都期待有這么一個解決方案，它包含嵌入式業界標準內核，帶有直觀易用的設計流程，能夠執行所選外設的經全面驗證的IP組合以及一個由業界領先工具組成的生態系統，最好還有與外界連接的片上可編程模擬功能。而愛特針對這樣的需求設計推出了集成ARM Cortex M3的SmartFusion單芯片。“我認為，很快地，SoC就將成為設計的起點，而不是終點。”John East說。

　　賽靈思公司亞太區市場及應用總監張宇清則表示，賽靈思將ARM Cortex-A9引入FPGA，打造了一個“以處理器為主、以FPGA為輔”的系統。而以處理器為核心的設計方法可以支持一個以軟件為核心的開發流程。

　　“從全球范圍看，軟件工程師與硬件工程師數量之比超過了10∶1，而且系統設計的工作量中80%以上是軟件開發。為此，10年來，FPGA廠商一直在尋求把眾多的嵌入式軟件工程師引入到主要由硬件設計工程師構成的用戶群體中。”ARM公司嵌入式應用市場經理羅霖對《中國電子報》記者說。他進一步分析說，以前，以FPGA作為開發平臺，設計流程一般是要先開發硬件，然后再開發軟件。但將ARM引入FPGA后，系統設計可以先從軟件開發的角度來定義產品功能和模塊，哪些部分需要軟件就開發軟件，哪些部分需要使用FPGA，就再做硬件開發。“這種以處理器為核心的系統定義和設計方法可以支持一個以軟件為核心的開發流程。”羅霖說，“這樣，軟件工程師會越來越多地被引入到項目中來。”吸引了軟件工程師用戶群體，無疑將拓展FPGA的市場領地。