Altera非易失FPGA如何在多領(lǐng)域提升系統(tǒng)價(jià)值

非易失性FPGA以其低功耗、高性?xún)r(jià)比的特點(diǎn)在低成本FPGA市場(chǎng)中展露潛力。據(jù)Altera公司產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)資深總監(jiān)Patrick Dorsey介紹，全球FPGA一年的市場(chǎng)規(guī)模為50億美元，其中低成本FPGA約為15億美元，而非易失性FPGA則占低成本FPGA的三分之一，即不久的將來(lái)，其市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到5億美元。

在硅片融合的趨勢(shì)之下，器件數(shù)量的降低、系統(tǒng)級(jí)別的功能集成成為FPGA主要的技術(shù)方向。日前，Altera非易失MAX 10 FPGA已開(kāi)始供貨，據(jù)稱(chēng)，這是業(yè)界首款非易失、雙配置的FPGA，結(jié)合了雙配置閃存、模擬模塊、嵌入式處理以及DDR3外部存儲(chǔ)器接口等功能。與其他低成本FPGA相比，高度集成的非易失FPGA電路板面積銳減50%。

Altera公司產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)資深總監(jiān)Patrick Dorsey

MAX 10 FPGA是空間受限系統(tǒng)的高效解決方案

與傳統(tǒng)FPGA(圖1)相比，MAX 10進(jìn)行了系統(tǒng)級(jí)別的集成，使其在整個(gè)系統(tǒng)中的價(jià)值得以最大化(圖2)。首先，通過(guò)集成片內(nèi)閃存，MAX 10 FPGA在不到10 ms內(nèi)就可完成配置。對(duì)于系統(tǒng)管理應(yīng)用，瞬時(shí)接通特性使得MAX 10 FPGA成為系統(tǒng)電路板上最先工作的器件，控制其他電路板元器件的啟動(dòng)。在數(shù)據(jù)通路應(yīng)用中，瞬時(shí)接通特性支持MAX 10 FPGA在上電時(shí)提供積極的用戶(hù)交互功能。

圖1：傳統(tǒng)的FPGA系統(tǒng)組成。

圖2：MAX 10簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的FPGA系統(tǒng)。

其次， MAX 10 FPGA集成的片內(nèi)閃存支持雙配置，在一個(gè)芯片中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)FPGA設(shè)計(jì)。利用雙配置功能，器件可以完成失效安全更新，一個(gè)閃存模塊指定用于更新鏡像，而另一個(gè)模塊保留用于“安全”工廠(chǎng)鏡像。通過(guò)這一功能，能夠更快地部署系統(tǒng)，降低維護(hù)成本，運(yùn)行生命周期更長(zhǎng)。

第三，MAX 10 FPGA集成包括ADC以及溫度檢測(cè)二極管的模擬模塊?？捎糜谛枰到y(tǒng)監(jiān)視的應(yīng)用中(例如溫度控制和觸摸屏人機(jī)接口控制等)。集成模擬模塊降低了電路板復(fù)雜度，減小了延時(shí)，實(shí)現(xiàn)了更靈活的采樣排序，包括雙通道同時(shí)采樣等。

第四，MAX 10 FPGA支持Altera軟核Nios II嵌入式處理器的集成，為嵌入式開(kāi)發(fā)人員提供了單芯片、完全可配置的瞬時(shí)接通處理器子系統(tǒng)。利用集成在MAX 10 FPGA中的Nios II嵌入式處理器，器件可以用于復(fù)雜的控制系統(tǒng)中。

“MAX 10 FPGA(圖3)在一個(gè)器件中集成了很多功能，滿(mǎn)足了市場(chǎng)上對(duì)節(jié)省空間、降低成本和功耗的需求。早期試用計(jì)劃的數(shù)百名客戶(hù)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到嵌入式閃存技術(shù)與可編程邏輯、模擬、DSP和微處理器功能相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在，所有客戶(hù)都使用了MAX 10器件、電路板、IP和軟件。”Patrick Dorsey說(shuō)。

圖3：更少的BOM，更小的PCB，可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)接通配置。

器件的集成功能結(jié)合小外形封裝(僅為3 mm×3 mm)，使MAX 10 FPGA成為空間受限系統(tǒng)的高效解決方案，例如汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用等。在高級(jí)通信、計(jì)算和存儲(chǔ)應(yīng)用中，MAX 10 FPGA能夠有效地管理復(fù)雜控制功能，同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)配置、接口橋接、電源排序和I/O擴(kuò)展。

此外，MAX 10 FPGA使用輔助的Altera Enpirion電源器件，進(jìn)一步提高了在集成和封裝方面的系統(tǒng)總價(jià)值。Enpirion電源產(chǎn)品是高度集成的解決方案，可簡(jiǎn)化電路板設(shè)計(jì)，減少BOM成本。

MAX 10 FPGA系列產(chǎn)品使用TSMC 55 nm嵌入式閃存工藝技術(shù)，現(xiàn)已開(kāi)始發(fā)售，相關(guān)評(píng)估套件和設(shè)計(jì)解決方案也可同步供貨。多種設(shè)計(jì)解決方案包括了Quartus II軟件、評(píng)估套件、設(shè)計(jì)實(shí)例，以及通過(guò)Altera設(shè)計(jì)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)(DSN)提供的設(shè)計(jì)服務(wù)，還有文檔和培訓(xùn)等，有助于用戶(hù)加速系統(tǒng)開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

高集成度成為FPGA主要技術(shù)趨勢(shì)

Patrick Dorsey表示，不論是低成本FPGA還是高端FPGA，越來(lái)越多的功能集成都是一個(gè)主要的發(fā)展趨勢(shì)。與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，同類(lèi)產(chǎn)品僅是將閃存和FPGA的晶圓封裝在一起，并非真正意義上的單芯片，或者是產(chǎn)品本身是CPLD而非FPGA結(jié)構(gòu)，其功能非常簡(jiǎn)單，沒(méi)有DDR、PLL、Nios處理器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換功能，性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于MAX 10 FPGA，高集成度是Altera的顯著優(yōu)勢(shì)。

而除了器件本身的功能集成，F(xiàn)PGA也將越來(lái)越多地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的功能集成。例如基于Intel最新的封裝技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的低成本、多晶圓的集成，這也意味著更多的系統(tǒng)級(jí)能力會(huì)被集成到FPGA系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA也將越來(lái)越多地成為片上系統(tǒng)的一部分，其功能將會(huì)超越3D系統(tǒng)集成封裝，迎來(lái)更大的市場(chǎng)空間。