做好功耗和成本優(yōu)化，中小FPGA公司在中等密度市場還有機會

相對于通用 MCU 和專用 SoC，FPGA 除了具有靈活的可編程性這一大優(yōu)勢之外，還有兩個繞不開的劣勢，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 的強勢發(fā)力應用領(lǐng)域基本都在工業(yè)、航天、國防這些對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，大部分市場都被幾家國際大廠商壟斷，其它廠商似乎很難再插足進去。

然而縱觀中等密度市場，客戶也希望出現(xiàn)第三家公司提供性價比更高的產(chǎn)品，從而提高和大廠商的議價權(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，滿足其需求，拿到更多市場份額。

美高安森美在 FPGA 行業(yè)積累 30 年，看到了中等密度市場的機會，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 的全部優(yōu)點，還憑借 10G 收發(fā)器、先進 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。對于通信基礎(chǔ)設(shè)施市場中的接入部分，OEM 廠商努力幫客戶帶來更多帶寬，同時降低資本支出 / 運營支出，而電力和物料單(BOM)成本是達成該目標的兩個關(guān)鍵因素，PolarFire FPGA 低成本低功耗的優(yōu)勢對其非常有利?！?/p>

美高森美公司系統(tǒng)級芯片產(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，然而對于中等密度 FPGA 市場來說，成本是一個最大的痛點。美高森美與 Cypress 合作，針對 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)計和更小的裸片。另外，美高森美還選擇了對中等密度 FPGA 有著最高性價比的 28nm 工藝節(jié)點，進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 密度以下的市場應用，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
通過測試對比，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：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 12.7Gbps 傳送速率實現(xiàn)最優(yōu)的裸片尺寸和功耗，相比競爭產(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，對于 SRAM 器件初始化消耗大量電流，F(xiàn)lash*Freeze 具有同級最佳待機功耗?！?/p>

“通過降低功耗，可以降低運營成本，如增加熱冗余度，可以提供計算能力，適應無風扇的應用，無需或僅適用小型散熱片。”Bruce Weyer 補充。

打破軟件技術(shù)壁壘
中小 FPGA 廠商如果想打入這個市場，軟件是最大的技術(shù)壁壘，市面上能夠自主設(shè)計芯片并自主開發(fā)軟件的公司少之又少。美高森美針對 PolarFire FPGA 做了 Libero SoC 設(shè)計套件，向用戶提供了全面并且易于學習使用和采納的開發(fā)工具。該套件集成了行業(yè)標準工具(SynopsysSynplifyPro 綜合和 MentorGraphicsModelSim 仿真)，采用了與競爭對手類似的設(shè)計流，提供了同級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)品就可以實現(xiàn)市面上高端產(chǎn)品所具有的功能，如安全性和可靠性?！?/p>

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