作者:丛秋波
FPGA和CPLD正在向高速、高密度、低功耗、低成本的趋势发展，并以这种优势进入原来固定结构定制芯片所服务的大批量、低成本应用市场中。有关专家预测，由于掩膜成本持续居高不下，估计有超过60％的ASIC设计至少要进行一次以上的重制，从而导致产品面市推迟、成本预算超支。今后FPGA将会在100万门至500万门范围的设计应用中占主导地位，将替代传统的ASIC以实现复杂的设计功能。
伴随着电子系统性能复杂性的不断提高和半导体的制造工艺技术的提升，FPGA在规模、速度、价格和低功耗方面都得到了极大的改善。FPGA供应商也已经从技术跟随者的角色转变为率先采用领先器件技术的创新者，但低成本问题仍然是FPGA厂商今后关注的一个技术焦点，如何提供一个替代ASIC的最佳解决方案，如何大大缩小ASIC和FPGA之间的每逻辑门成本差距，仍是各FPGA厂商角逐的技术战场。
结构化ASIC
HardCopy II系列是Altera第三代结构化ASIC方案，是建立在Altera成功的前两代结构化ASIC（0.18mm HardCopy APEX器件和0.13mm HardCopy Stratix器件）基础上。由于采用了独特的FPGA前端设计方法，使每百万ASIC逻辑门价格低至15美元。据Altera公司亚太区产品营销经理Eric Lam介绍，HardCopy II结构化ASIC比其FPGA原型成本降低10％，功耗下降50％以上，而系统性能超过了350MHz。
Eric Lam说，与传统的ASIC相比，HardCopy II结构化ASIC系列为系统开发提供了低风险、低成本的方法。这种优势来自于采用了高性能、高密度Stratix II FPGA原型，在无缝移植到引脚兼容、功能等效的HardCopy II结构化ASIC之前，即可进行系统内设计测试。这样，实现了更低的总体开发成本、缩短了产品面市时间、提高了产品灵活性。此外，由Altera的HardCopy设计中心进行设计移植处理，用户设计人员可将主要精力放在创新上，而不必再去考虑如何降低现有设计成本，这也正是传统的ASIC和ASSP所做不到的。
据了解，HardCopy II器件实现了最大220万ASIC逻辑门、880万比特RAM和超过350MHz的系统性能。Altera认为，HardCopy II系列价格、密度和性能优势将扩展Altera在有线/无线通信、存储、数字消费、工业和军事领域的市场份额，这些市场也是Altera结构化ASIC方案成功应用的领域。与此同时，Altera推出的Quartus II软件4.2版本，可使设计人员对其HardCopy II进行原型设计，在转向产品时，直接进行印刷电路板布板，Altera独特的无缝移植工艺可保证实现对FPGA的真正置入式替代。
EasyPath FPGA
多年来，Xilinx公司的可编程逻辑技术始终扮演着“ASIC替代者”的角色。Xilinx早在Spartan-3系列中就采用了90nm、300mm工艺技术，使得100万门器件的价格低于20美元以下。
Xilinx公司在2004年末推出新一代EasyPath FPGA解决方案，据Xilinx称，这是目前FPGA业界成本最低、也是惟一可以免转换就能替代ASIC产品进行批量生产的解决方案。EasyPath解决方案通过使用半导体业界普遍采用的冗余技术标准和专利的测试技术，提供了独特的设计灵活性优势，可提供可编程LUT和I/O来实现ECO修改，每个EasyPath器件可实现两种设计。将FPGA的成本降低了80%。用户可以在短短的8周之内，不需要进行任何转换和使功能一致化，就可以实现Xilinx FPGA向最低器件成本的过渡，以用于大批量生产。EasyPath器件的可靠性和质量与相应的FPGA一致，测试覆盖性能优于结构化ASIC。与ASIC方法不同的是，EasyPath FPGA具有业界最低的非重复性工程成本(NRE)费用，不需要任何附加的设计和再鉴定成本、IP或工具投资，没有隐性成本。此外， Xilinx新一代EasyPath解决方案支持的器件数量几乎是原来的3倍，共有4个性能丰富的FPGA系列（Spartan-3、Virtex-II 、 Virtex-II Pro 和Virtex-4）、6种硅芯片平台和28种器件可供选择，同时它还可以获得广泛的设计工具以及硬IP和软IP核的支持。
扩展的EasyPath产品系列所支持的Xilinx Spartan-3和Virtex-4平台 FPGA，3万逻辑单元起价为每单元12.95美元，是同等结构化ASIC产品价格的一半。
Xilinx认为，结构化ASIC的不灵活会带来订货和库存风险。即使一个结构化ASIC设计进行得非常完美，但目标市场也会发生变化，或者标准会更新。在这种情况下，库存和NRE成本就被浪费了。另一方面，PFGA可容易地进行重新编程来适应新的要求，或者FPGA库存可以重新应用于另一个项目。因为FPGA是可重新编程的，并且可以利用ChipScope进行实时调试。因此，FPGA设计时间大大缩短了。
内建Flash的FPGA
针对降低成本的压力，Actel公司也推出第三代以Flash为基础的可编程逻辑方案。Actel称，名为ProASIC3和ProASIC3E的系列产品主要面向消费、汽车及其它成本敏感的应用领域。全新的单芯片ProASIC3器件起始价仅为1.5美元，是目前业界最低成本的FPGA，也是替代ASIC最佳的解决方案。
Actel公司市场拓展副总裁Dennis Kish说，以价值为基础的FPGA将引领主流市场，新的FPGA客户则来自于以价值为基础的市场区间，而以价值为基础的FPGA产品一定要满足主流客户的需求。Dennis Kish援引调研报告分析道，以FPGA为例，目前有80％以上的设计门数小于100万系统门，75％的设计速度低于140MHz，而94％的设计存储量则小于512kB。因此，Actel认为，Flash将主导快速增长的100万门以下以价值为基础的FPGA市场，而且这个市场也将会从2004年5亿美元的规模增至到2008年15亿美元的市场规模。
Dennis Kish介绍说，Actel推出的第三代以Flash为基础的ProASIC3器件基于其成功的ProASIC Plus系列，Actel全新的单芯片器件具有64位、66 MHz PCI性能，是业界首个具备片上用户Flash存储器的FPGA。该器件的系统门密度范围从3万至300万个，并提供先进的安全ISP (系统内可编程) 技术。除了单位成本低之外，ProASIC3/E系列还可通过去除系统板上的多种器件，降低系统整体成本。Dennis Kish举例说，该系列器件无需外部引导程序或微控制器来支持器件编程，而其上电即行特性无需外部CPLD即可在上电期间让系统运行起来。器件数目的减少可节省线路板空间，从而提高可靠性、简化库存管理，以及降低总系统成本。可以说，ProASIC3器件不但具有ASIC的特点：单芯片、上电即行、非挥发性、低功耗、安全保密、固件错误免疫性、片上NVM、低单位大本和低总系统成本。而且也具备SRAM FPGA的无NRE费用、快速构建样机、生产交货期快和系统内编程的优点。实现了FPGA产品能快速推出市场的优势，有助舒缓大批量市场对ASIC需求的压力。
为了配合业界最低成本现场可编程门阵列 (FPGA) 的推出，Actel推出的以全新的Libero 6.1集成设计环境 (IDE) 将为以Flash为基础的ProASIC3和ProASIC3E系列FPGA器件提供全面支持。并且Actel针对ProASIC3 FPGA推出90项IP 内核，凭借这90项IP内核及由Actel方案合作伙伴计划提供的增值设计服务，客户将可即时加速ProASIC3/E设计产品的面市，同时将设计成本和风险降至最低。
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