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相對(duì)于通用 MCU 和專用 SoC，FPGA 除了具有靈活的可編程性這一大優(yōu)勢(shì)之外，還有兩個(gè)繞不開的劣勢(shì)，那就是貴和功耗高。因此 FPGA 廠商也在降功耗、減成本的道路上一直孜孜不倦，可見 FPGA 的強(qiáng)勢(shì)發(fā)力應(yīng)用領(lǐng)域基本都在工業(yè)、航天、國(guó)防這些對(duì)成本和功耗不是很敏感的高端領(lǐng)域。加上 FPGA 在軟件及專利方面設(shè)有層層技術(shù)壁壘，大部分市場(chǎng)都被幾家國(guó)際大廠商壟斷，其它廠商似乎很難再插足進(jìn)去。
然而縱觀中等密度市場(chǎng)，客戶也希望出現(xiàn)第三家公司提供性價(jià)比更高的產(chǎn)品，從而提高和大廠商的議價(jià)權(quán)。因此，如果做好功耗和成本優(yōu)化，中小 FPGA 廠商還有望抓住客戶的痛點(diǎn)，滿足其需求，拿到更多市場(chǎng)份額。
美高安森美在 FPGA 行業(yè)積累 30 年，看到了中等密度市場(chǎng)的機(jī)會(huì)，最近推出了 PolarFire FPGA 系列，PolarFire 的寓意是“高性能低功耗”。美高森美公司系統(tǒng)級(jí)芯片產(chǎn)品組副總裁兼業(yè)務(wù)部經(jīng)理 Bruce Weyer 表示，“PolarFire FPGA 不僅具備了非易失性 FPGA 的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，還憑借 10G 收發(fā)器、先進(jìn) I/O、安全性和 DSP 能力，向用戶提供具有比 SRAM FPGA 更佳功耗和成本的解決方案，這在業(yè)界屬于首次。對(duì)于通信基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)中的接入部分，OEM 廠商努力幫客戶帶來更多帶寬，同時(shí)降低資本支出 / 運(yùn)營(yíng)支出，而電力和物料單(BOM)成本是達(dá)成該目標(biāo)的兩個(gè)關(guān)鍵因素，PolarFire FPGA 低成本低功耗的優(yōu)勢(shì)對(duì)其非常有利?！?/p>
美高森美公司系統(tǒng)級(jí)芯片產(chǎn)品組副總裁兼業(yè)務(wù)部經(jīng)理 Bruce Weyer
多方面幫戶客戶實(shí)現(xiàn)最佳成本優(yōu)化
隨著工藝的不斷發(fā)展，F(xiàn)PGA 廠商更愿意采用最新的 20nm、16nmFinFET 工藝降低功耗，獲得客戶青睞，然而對(duì)于中等密度 FPGA 市場(chǎng)來說，成本是一個(gè)最大的痛點(diǎn)。美高森美與 Cypress 合作，針對(duì) PolarFireFPGA，優(yōu)化了其專有的 SONOS 工藝。相比傳統(tǒng)的閃存技術(shù)，SONOS 讓非易失性存儲(chǔ)組件能有效降低成本，并使用更小的電荷泵，較小的電荷泵帶來了更靈活的設(shè)計(jì)和更小的裸片。另外，美高森美還選擇了對(duì)中等密度 FPGA 有著最高性價(jià)比的 28nm 工藝節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而也降低了芯片成本。
在密度優(yōu)化方面，一般 FPGA 廠商通過伸縮性架構(gòu)滿足數(shù)百萬 LE 密度，然后瀑布式向下裁剪出中等規(guī)模器件，這樣做效率低下，價(jià)格昂貴。PolarFire FPGA 采用了優(yōu)化的中等密度 / 中帶寬架構(gòu)，只專注于 500LE 密度以下的市場(chǎng)應(yīng)用，雖然無法做到全面覆蓋，但是這種架構(gòu)適合于其較小帶寬處理需求，最終得到更低的功耗和 TCO。
一般 FPGA 廠商只有高端產(chǎn)品才具有收發(fā)器、高速 I/O 和安全性方面的增值特性，但 PolarFire FPGA 具有中等帶寬應(yīng)用所需的 12.7G 收發(fā)器性能，GPIO 提供了 1000BaseXGbE 和 SGMII 能力，允許聚合多個(gè)通路的 GbE，其具有高端安全功能包括 DPA 防范和來自 AthenaCorporation 的一顆高性能安全處理器。
功耗最低的中等密度 FPGA
通過測(cè)試對(duì)比，PolarFire FPGA 比同類中等密度產(chǎn)品功耗降低 50%。這是如何做到的？Bruce Weyer 解釋，“主要有三點(diǎn)：第一，非易失性 FPGA 的漏電量平均比 SRAMFPGA 低 10 倍；第二，專注于針對(duì) 12.7Gbps 傳送速率實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的裸片尺寸和功耗，相比競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品，PolarFire 收發(fā)器的面積和功耗效率要高出 2 倍至 2.5 倍；第三，獨(dú)有的深度睡眠模式 Flash*Freeze，采用了非易失性技術(shù)，電路可以立即喚醒，對(duì)于 SRAM 器件初始化消耗大量電流，F(xiàn)lash*Freeze 具有同級(jí)最佳待機(jī)功耗?！?/p>
“通過降低功耗，可以降低運(yùn)營(yíng)成本，如增加熱冗余度，可以提供計(jì)算能力，適應(yīng)無風(fēng)扇的應(yīng)用，無需或僅適用小型散熱片?！盉ruce Weyer 補(bǔ)充。
打破軟件技術(shù)壁壘
中小 FPGA 廠商如果想打入這個(gè)市場(chǎng)，軟件是最大的技術(shù)壁壘，市面上能夠自主設(shè)計(jì)芯片并自主開發(fā)軟件的公司少之又少。美高森美針對(duì) PolarFire FPGA 做了 Libero SoC 設(shè)計(jì)套件，向用戶提供了全面并且易于學(xué)習(xí)使用和采納的開發(fā)工具。該套件集成了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工具(SynopsysSynplifyPro 綜合和 MentorGraphicsModelSim 仿真)，采用了與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手類似的設(shè)計(jì)流，提供了同級(jí)最佳的約束條件管理、調(diào)試能力和安全生產(chǎn)編程特性。這些工具為客戶提供了更方便的遷移路徑，帶來了明顯的高生產(chǎn)率。
Bruce Weyer 總結(jié)，“采用 PolarFire FPGA，客戶不僅降低功耗和成本，而且采用中等密度的產(chǎn)品就可以實(shí)現(xiàn)市面上高端產(chǎn)品所具有的功能，如安全性和可靠性。”
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