設(shè)計師們最有發(fā)言權(quán)，他們認為二十一世紀最具決定性的集成電路技術(shù)就是現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA），而傳統(tǒng)門陣列和結(jié)構(gòu)陣列技術(shù)將退居到特殊的大批量應(yīng)用。 無論是用來完成關(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、成本、功耗和容量都已經(jīng)達到甚至超過此前專用IC或?qū)Ｓ脴藴势骷ˋSSP）的水平。

　　可編程硬件的可配置特點不僅具備產(chǎn)品差異化和快速上市等傳統(tǒng)優(yōu)點，同時當批量達不到足以支持開發(fā)專用IC成本的時候還可以加快投資回報速度。 在當前經(jīng)濟和金融形勢同時惡化的情況下，先進的FPGA技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)到了一個引爆點。由于風險管理以及適應(yīng)市場動態(tài)形勢的能力對于企業(yè)生存變得越來越關(guān)鍵，對于電子系統(tǒng)生產(chǎn)商來說，硬件可編程能力已經(jīng)必不可少。

　　產(chǎn)品和技術(shù)復雜性不斷提高，同時開發(fā)周期卻越來越短，預算也更為緊張。因此，要做到真正的靈活應(yīng)變，開發(fā)團隊還需要新的設(shè)計方法和工具。 賽靈思公司 Virtex?-6 和 Spartan?-6 FPGA系列的推出為“目標設(shè)計平臺”（targeted design platforms）奠定了硬件基礎(chǔ)，同時也是賽靈思公司致力于為設(shè)計小組提供強大開發(fā)工具和方法支持而努力的成果。新的平臺將進一步加快可編程邏輯在一系列終端市場中的應(yīng)用速度，這些終端市場包括汽車、消費和有線/無線通信，以及航空航天和國防領(lǐng)域。

更廣泛的FPGA應(yīng)用模式

　　最近由電子工程專輯（EE Times）雜志的 Piper Jaffray以及Kirtland 空軍基地FPGA任務(wù)保證中心（FPGA Mission Assurance Center）進行的最新研究證實了業(yè)界人士的直覺判斷： 門陣列、結(jié)構(gòu)化ASIC和基于單元的ASIC產(chǎn)品應(yīng)用已經(jīng)進入停滯期，而在所有類別中FPGA替代這些產(chǎn)品的情況都很普遍。 門陣列產(chǎn)品的趨勢特別明顯，65%的受調(diào)查者認為門陣列的使用將保持穩(wěn)定，而12.8%的人則認為會大大減少。與此相比，72%以上的人認為FPGA的使用將大幅增加，僅有27%的人認為將會保持穩(wěn)定。 沒有人認為FPGA的使用會減少。

　　過去幾年時間里，賽靈思已經(jīng)從全球市場發(fā)展過程中感受到了這一趨勢，公司在工業(yè)、消費以及汽車等市場的營收均有大幅增長。 同時，FPGA在中國和歐洲被更廣泛地應(yīng)用于下一代無線通信系統(tǒng)之中。2006年開始推出的Virtex-5 FPGA系列正在成為賽靈思公司銷售額最大的Virtex系列。

　　系統(tǒng)設(shè)計人員，無論是從事消費產(chǎn)品還是工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用設(shè)計，都報告說正在考慮將FPGA用于多種應(yīng)用之中。這部分是由于開發(fā)和生產(chǎn)專用IC的成本不斷飆升。 現(xiàn)在，FPGA已經(jīng)從最初主要應(yīng)用于原型設(shè)計逐漸延伸到最終產(chǎn)品的整個生命周期。 對于專用IC開發(fā)來說，其成本回收需要銷售大量的器件才可接受。 不然，相對較高的單件成本， FPGA器件與專用IC之間的成本差異就不是那么重要了。

　　隨著FPGA被應(yīng)用于新的基帶無線和圖像處理系統(tǒng)，使用FPGA的工程師群體也在擴大。 20世紀90年代，FPGA的用戶群體幾乎主要由硬件設(shè)計師構(gòu)成。 今天，豐富的IP內(nèi)核和用戶友好的EDA工具使得系統(tǒng)集成人員、DSP開發(fā)人員，甚至嵌入式軟件工程師采用FPGA進行創(chuàng)新變得更為容易。 在FPGA用戶方面，Piper-Jaffray的研究表明73%的用戶在從事嵌入式設(shè)計。調(diào)查過程中74%的人在其從事的項目中采用了嵌入式處理器。硬內(nèi)核處理器，特別是Power 架構(gòu)的嵌入式處理器，處于領(lǐng)先地位。同時賽靈思Microblaze? 處理器這樣的可綜合軟內(nèi)核處理器也在快速發(fā)展。

　　沒有哪個領(lǐng)域能夠比航空航天和國防領(lǐng)域使用可編程邏輯更為廣泛了。 軍用合同商中轉(zhuǎn)向FPGA解決方案的速度如此之快，數(shù)量如此之多，以致于空軍研究實驗室（Air Force Research Labs）在新墨西哥的Kirtland空軍基地專門新成立了FPGA任務(wù)保證中心（FPGA Mission Assurance Center ）。 推動主承包商和分承包商們采用FPGA的因素包括：更大成本競爭力、軍用航空航天系統(tǒng)標準的不斷演化以及安全、空間通信和航空電子學對可重新編程能力的需要。 盡管Piper-Jaffray調(diào)查中回答明年將會雇傭更多FPGA設(shè)計人員的比例達到42%，但航空航天和國防行業(yè)的這一數(shù)字卻達到了48%。

可編程技術(shù)勢在必行

　　在2001年的經(jīng)濟低迷時期，產(chǎn)品開發(fā)的趨勢就很普遍。如今的2008-2009年，面對經(jīng)濟和商業(yè)形勢的雙重危機，這種趨勢更加變得勢不可擋。 2009年每家企業(yè)最熟悉的口頭禪就是 “少花錢多辦事”，這意味著員工數(shù)量減少、預算緊張、市場窗口縮小以及產(chǎn)品生命周期更短。 同時，企業(yè)首席財務(wù)官（CFO）更強調(diào)降低風險。這也意味著企業(yè)在財務(wù)上更為保守，必須更為小心地限制在新市場中的投資。 此外，要求新產(chǎn)品開發(fā)人員還必須要不斷增加亮點，例如新產(chǎn)品，即使是功能更豐富了，也必須在成本和功耗方面展示出更多優(yōu)勢。 面對更強烈的產(chǎn)品差異化需求和更為緊張的預算，設(shè)計人員看起來真有點無所適從。

　　現(xiàn)在，轉(zhuǎn)向可編程解決方案的時機已經(jīng)成熟。 在FPGA行業(yè)的早期，可編程邏輯主要用于系統(tǒng)外圍，做為I/O系統(tǒng)或第二層控制子系統(tǒng)的膠合連接邏輯。 今天，FPGA已經(jīng)應(yīng)用于系統(tǒng)的核心。 當FPGA被用于中心控制或數(shù)字信號處理（DSP）任務(wù)時，所有的系統(tǒng)差異都可在FPGA內(nèi)實現(xiàn)。 即使是FPGA僅僅作為標準CPU或DSP的配角時，產(chǎn)品設(shè)計的許多亮點可能也是通過FPGA實現(xiàn)的，因為FPGA能夠大幅提升性能和功能。 無論是在哪種情況下，FPGA的角色都在改變系統(tǒng)中IC設(shè)計的方式。

　　在當前企業(yè)普遍面臨財務(wù)困難的時候，轉(zhuǎn)向FPGA在財政上的可行性更大。 現(xiàn)在的工程預算很難平衡傳統(tǒng)專用IC設(shè)計流程不斷增長的沉沒工程（NRE）成本。 FPGA提供了比任何專用IC設(shè)計方式更低的設(shè)計成本。

　　事實上，當賽靈思CEO Moshe Gavrielov說到“可編程技術(shù)勢在必行”（the programmable imperative）的時候，他實際的含義是指當前的形勢幾乎強制要求從傳統(tǒng)ASIC轉(zhuǎn)移到可編程解決方案。 對于傳統(tǒng)門陣列和基于單元的ASIC來說，隨著每個工藝節(jié)點的演進，其NRE成本都飛速增長。 例如，從90nm 發(fā)展到 65nm 工藝，傳統(tǒng)ASIC設(shè)計的前期成本大幅提高。 行業(yè)研究企業(yè)iSuppli 報告說傳統(tǒng)ASIC營收在整體邏輯IC營收中的比例從2000年的32%下降到了2008年的20%。 在當前的金融形勢下，甚至ASSP的開發(fā)商也面臨巨大的壓力，特別是當特定器件所針對的終端市場也形勢不妙的情況下更是如此。

　　當然，傳統(tǒng)ASIC并不會明天就消失。 ASIC面向的是產(chǎn)量極高的穩(wěn)定產(chǎn)品。 然而，單靠最終產(chǎn)品數(shù)量的增長，即使是批量達到數(shù)萬甚至數(shù)百萬，也無法負擔ASIC掩膜成本。從90nm到32nm，ASIC掩膜成本從約100萬美元飆升到了約1200萬美元。 對于EDA工具供應(yīng)商來說，為了跟上工藝技術(shù)的發(fā)展需要投入更多研發(fā)資源，因此服務(wù)于專用架構(gòu)的EDA工具價格也上升很快。 另一方面，現(xiàn)在的FPGA使得系統(tǒng)設(shè)計企業(yè)或部門能夠不必直接負擔IC開發(fā)的成本就可以充分利用先進的工藝技術(shù)所帶來的優(yōu)點。

　　FPGA的成本優(yōu)勢并不限于原始設(shè)計。在FPGA中轉(zhuǎn)換和重新實現(xiàn)過時的ASSP產(chǎn)品，FPGA同樣顯示出其成本優(yōu)勢。 將現(xiàn)有設(shè)計或升級后的設(shè)計轉(zhuǎn)換為FPGA，開發(fā)人員將會發(fā)現(xiàn)隨工藝節(jié)點的發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代更容易。 采用可編程架構(gòu)，通過增加新的功能能夠大幅延長最終產(chǎn)品的實際貨賀壽命。

　　特別是在消費產(chǎn)品等快速變化的市場中，技術(shù)驅(qū)動以及通用接口或處理標準技術(shù)的應(yīng)用非常明顯。在這些市場中采用FPGA能夠更好地體現(xiàn)出FPGA的另一個優(yōu)勢。 盡管在某些基于陣列和單元的技術(shù)中也有可重用IP內(nèi)核，但其更適用于FPGA產(chǎn)品，并且更容易擴展應(yīng)用于不同產(chǎn)品線。 這樣系統(tǒng)設(shè)計部門一方面可以解決不斷攀升的設(shè)計復雜性難題，同時還可以為系列產(chǎn)品中的每種產(chǎn)品都提供豐富的特色。

　　市場需求的快速變化也進一步突破了PFGA的實力和優(yōu)勢。 當前的時代，其標志就是產(chǎn)品生命周期大大縮短，市場窗口更為窄小。而與傳統(tǒng)ASIC相比，FPGA產(chǎn)品需要的開發(fā)時間更短。 例如，在消費領(lǐng)域，平均產(chǎn)品壽命原來是3到5年，而現(xiàn)在縮短到了一年甚至更短。 甚至在通信、軍事航天等垂直市場，此前長達20年的典型產(chǎn)品生命周期現(xiàn)在也縮短到10年或更短。 易變的終端用戶興趣和需求所帶來的挑戰(zhàn)也使得FPGA的可重新編程能力更受設(shè)計人員青睞。FPGA的可重新編程能力意味著能夠在產(chǎn)品生命周期過程中對其進行修改。

　　事實上，消費市場產(chǎn)品（如LCD顯示和機頂盒等）開發(fā)的不確定性幾乎使得FPGA成為產(chǎn)品中必需使用的器件。 除了焦點群體和一對一消費調(diào)查研究以外，系統(tǒng)生產(chǎn)商發(fā)現(xiàn)很難提前預測6個月或6年后的產(chǎn)品升級要求。 因此，許多生產(chǎn)商開發(fā)產(chǎn)品時都是基于通用的低成本FPGA解決方案也開發(fā)一組核心功能。 利用FPGA作為實現(xiàn)功能差異化（如協(xié)議支持和圖像處理）的關(guān)鍵單元，生產(chǎn)商現(xiàn)在擁有了更大的靈活性，能夠在開發(fā)過程中進行修改并隨時滿足不斷出現(xiàn)的新市場需求。

賽靈思勢在必行

　　通過新推出的Virtex-6 和 Spartan-6 FPGA系列，賽靈思公司幫助設(shè)計人員解決產(chǎn)品差異化勢在必行的要求，幫助他們在降低企業(yè)風險的同時， 更高效地工作。 新推出的這些產(chǎn)品充分發(fā)揮了先進半導體技術(shù)的性能和成本優(yōu)點，可幫助系統(tǒng)設(shè)計人員滿足全球市場對更高帶寬和更高性能永無止境的追求。

　　賽靈思發(fā)現(xiàn)，FPGA擴展進入新的垂直市場的關(guān)鍵是有適用的目標設(shè)計平臺（targeted design platforms）。 這些平臺并不僅僅是硬件開發(fā)套件，而是包括了由賽靈思公司及其第三方合作伙伴網(wǎng)絡(luò)所開發(fā)的第三方IP內(nèi)核，以及軟件套件。因此能夠大大方便開發(fā)過程。 賽靈思FPGA 是目標設(shè)計平臺的核心。其中新推出的Virtex-6 和 Spartan-6器件容量比前一代產(chǎn)品翻了一翻，系統(tǒng)成本可降低多達50%，功耗則可降低多達65%。 然而，只有將硬件和軟件及IP完美地結(jié)合起來，設(shè)計人員才能夠在垂直市場上充分體現(xiàn)基于FPGA的系統(tǒng)開發(fā)所能夠提供的全面價值，同時才能夠集中精力開發(fā)從終端用戶角度來看真正能夠體現(xiàn)產(chǎn)品差異的功能。

　　因此，如果希望在采用FPGA架構(gòu)進行設(shè)計時一次取得成功，目標設(shè)計平臺就變得至關(guān)重要。 新的目標設(shè)計平臺開發(fā)環(huán)境包括： 1）基本平臺，包括FPGA器件、基本開發(fā)板和經(jīng)過認證的設(shè)計環(huán)境；2）面向領(lǐng)域優(yōu)化的平臺，增加了專門用于嵌入式處理、DSP或邏輯/連接功能的軟件和子卡；以及3）市場專用平臺，包括針對汽車、視頻和通信等專門領(lǐng)域的接口、IP內(nèi)核和軟件。

　　設(shè)計環(huán)境本身的改進以及“可插接IP”（“socketable IP”）策略的實施使得這些平臺能夠保證在實際設(shè)計應(yīng)用中順利實現(xiàn)從設(shè)計概念到片上系統(tǒng)（SoC）實現(xiàn)之間的整個流程。 目標設(shè)計平臺以及Virtex-6 和 Spartan-6系列FPGA在架構(gòu)方面的改進還進一步支持了以處理器為中心（processor-centric）的架構(gòu)，在FPGA中以SoC方式實現(xiàn)處理器功能。

　　賽靈思堅信SoC是未來硬件實現(xiàn)的標準方式，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的器件集成、更高的速度、更小的封裝和測試成本以及更高的系統(tǒng)可靠性。 相應(yīng)地，這也會導致最終產(chǎn)品總體成本更低。 在單個器件中集成處理器和外圍邏輯還進一步簡化了板級布局，并減少了高速信號板上走線的數(shù)量。 采用以處理器為中心的SoC進行設(shè)計可提高總體設(shè)計的速度，同時更為靈活的子系統(tǒng)可方便設(shè)計修改和升級。

　　在FPGA供應(yīng)商中，賽靈思占有主導性的市場份額，其較高的客戶滿意度也保證了其市場主導地位不會被蠶蝕。 在前面引述的Piper Jaffray/EE Times研究中，賽靈思幾乎在每個類別中用戶滿意度都處于領(lǐng)先地位，通常比最近的競爭廠商高20%甚至更多。 在調(diào)查中，設(shè)計人員認為“可靠性”是選擇FPGA時的最重要因素，其次依次是上市時間、供應(yīng)商支持，EDA工具質(zhì)量、設(shè)計失敗和驗證失敗的（低）風險等。 調(diào)查結(jié)果顯示賽靈思公司在所有這些指標方面都是最高的。

　　在密度和性能競賽中，賽靈思的技術(shù)發(fā)展路線保證新一代FPGA將基于40nm工藝，能夠為設(shè)計人員提供工藝尺寸更小的產(chǎn)品和更豐富的功能IP內(nèi)核。 但這僅僅是整個故事的一半。 賽靈思堅信未來10年FPGA將是服務(wù)于半定制（semi-custom）應(yīng)用的最佳可編程平臺。 FPGA的角色是可編程技術(shù)勢在必行的核心，而賽靈思Virtex-6 和 Spartan-6 FPGA更是為電子系統(tǒng)生產(chǎn)商提供所需要的平臺和設(shè)計方法的核心。這些產(chǎn)品和設(shè)計平臺將可幫助電子系統(tǒng)生產(chǎn)商在更具挑戰(zhàn)性的商業(yè)和技術(shù)環(huán)境中保持競爭優(yōu)勢。