專訪Actel 公司產品市場拓展高級經理 Hezi Saar

電子工程世界：在集成電路行業(yè)Actel如何看待今后的發(fā)展趨勢？

Hezi Saar：針對 FPGA市場，我們看到一些主要發(fā)展趨勢都與功率相關，人們對中子誘發(fā)的錯誤關注日益增多，尤其在汽車電子領域，但在工業(yè)和商用領域也不例外；采用可實現(xiàn)系統(tǒng)管理功能的高度靈活的集成解決方案需求上升。

功率
     系統(tǒng)設計人員越來越重視功耗問題。原因之一是系統(tǒng)整體功耗現(xiàn)在要受制于各種更嚴格的功率限制規(guī)定、技術指標和標準。功率預算的多少關系到應用的壽命長短、產品的可靠性及是否能滿足各種標準的問題，這類似于敲定材料清單 (BOM)。同時，采用電池供電的應用 (如無線掌上型設備和多媒體播放器) 的增長刺激了低功耗半導體的需求，而且這個趨勢將繼續(xù)推動半導體向毫微安級器件發(fā)展。低功耗FPGA市場是一個剛開始展露潛力的龐大市場。

     對于下一代設計來說，功耗預算一般都會有減無增，而設計需求中的功能卻會越來越多，要求的處理能力越來越高。此外，不斷減小制程尺寸的摩爾定律效應及晶體管的大漏電流引起的靜態(tài)損耗的副作用，都造成市場期望與半導體技術背道而馳。隨著產品壽命周期越來越短，市場競爭越來越激烈，開發(fā)周期對產品的成功越來越重要，可編程的半導體平臺因此成為人們優(yōu)先選擇的解決方案。使用可編程方案開發(fā)和贏利最容易，速度最快，但這些開發(fā)平臺應能滿足所有其它設計要求，如成本、性能、尺寸、安全性，以及尤為重要的功耗。

中子誘發(fā)錯誤
     在今天的汽車中，組件可靠性數(shù)據是必需的，以便確保各種系統(tǒng)的正確運作。傳統(tǒng)上，汽車開發(fā)人員依賴微控制器、ASIC和體積龐大的線束來實施和控制這些系統(tǒng)，并擴展每一代汽車的功能。今天，這些解決方案正在接近其技術極限，而且，隨著復雜性呈指數(shù)級增長，帶來了更多的可靠性問題。為了解決這些問題，許多設計人員轉向FPGA，將其作為下一代汽車電子設計的靈活的低成本解決方案。

     技術決策人員開始預測將來會影響系統(tǒng)失效的誘因。中子誘發(fā)的固件錯誤對許多電子設備的可靠性來說都是一個重大風險。舉例說，如果中子導致以SRAM為基礎的FPGA的配置單元被擾亂，就可能使到FPGA的配置數(shù)據丟失。如果出現(xiàn)這種情況，就會造成主系統(tǒng)故障。中子誘發(fā)的固件錯誤已經從一個困擾變?yōu)橹卮蟮膯栴}。這個問題以后將更為嚴重，因為將來的FPGA會采用深亞微米制造制程，這將為汽車電子的設計人員帶來重大挑戰(zhàn)。

     對于采用以SRAM為基礎FPGA實現(xiàn)的汽車電子應用來說，中子誘發(fā)的固件錯誤存在嚴重的潛在隱患。由于現(xiàn)有的檢測技術是通過每隔一段時間讀回FPGA配置來實現(xiàn)檢測，可能導致被破壞的數(shù)據進入系統(tǒng)。隨著這種易受攻擊的FPGA技術的廣泛使用，有可能需要一種能夠檢查汽車電子系統(tǒng)對中子誘發(fā)的固件錯誤免疫能力的全新質量評價體系。檢測被破壞的配置數(shù)據的讀回電路本身也易受SEU的影響或損壞。此外，目前用于檢測和糾正FPGA固件錯誤的方案會增加系統(tǒng)設計的復雜性，并會大幅增加板卡尺寸和材料成本。

     中子誘發(fā)的固件錯誤會顯著影響整個系統(tǒng)的FIT指標。軟錯誤和固件錯誤難于檢測和診斷，會帶來維護和服務方面的問題，有可能造成費用攀升。在三種主流FPGA技術 (反熔絲、Flash和SRAM) 之中，只有反熔絲和Flash能抵御中子誘發(fā)的軟錯誤和固件錯誤的影響，最適合那些重視可靠性的應用。

     現(xiàn)在，工程師逐漸發(fā)現(xiàn)，如果從Actel這種長期提供面向關鍵性任務產品，且致力于提供用于極端環(huán)境條件的高性能和高可靠性產品的廠家選擇FPGA器件，就會獲得很大的優(yōu)勢。

系統(tǒng)和功率管理
     幾乎所有的電子設備都需要系統(tǒng)和功率管理功能。這些功能包括：功率和熱管理、電壓監(jiān)視、數(shù)據記錄和系統(tǒng)診斷。當設計人員正在尋找既能降低系統(tǒng)成本同時又能提高可靠性的系統(tǒng)管理解決方案時，Actel推出了Fusion PSC，集成了各種系統(tǒng)管理功能，并提供可編程的靈活性，并將所有功能在一塊單芯片中實現(xiàn)，而其它設計可能需要數(shù)百個組件才能實現(xiàn)。因此，較之于目前的實現(xiàn)方案，F(xiàn)usion PSC可使設計的成本和板卡占位空間降低50%。

電子工程世界：您如何評價FPGA市場目前以及今后的發(fā)展狀況？

Hezi Saar：根據半導體行業(yè)協(xié)會 (Semiconductor Industry Association) 市場分析，可編程邏輯現(xiàn)在是半導體產業(yè)中發(fā)展最快的領域。自2002年以來，F(xiàn)PGA產業(yè)已經有了巨大的增長，尤其是在所謂的“非傳統(tǒng)”FPGA領域，如消費電子、工業(yè)控制和汽車電子。

     針對不同的行業(yè)和應用，隨著產品的使用周期不斷縮短，競爭日益激烈，加上上市時間對產品成功與否的決定性影響，可編程半導體平臺已成為當前的首選解決方案。

     在Actel，我們相信利用可編程解決方案來入市創(chuàng)收是最容易最快速的方法，只要它們滿足所有其它的設計要求，比如成本、性能、尺寸大小、安全性，以及功耗。Flash技術具有獨特的性能，在低功耗的單芯片中結合了非易失性和可重編程功能，這一解決方案成本非常經濟，擁有奪取重要市場份額的有利條件。

     低功耗、非易失性FPGA和混合信號PSC將繼續(xù)在各個市場和應用中發(fā)揮出色表現(xiàn)，如消費性和通信以至醫(yī)療、軍事、工業(yè)、航天和汽車等。鑒于Actel的低功耗IGLOO、低成本ProASIC3和混合信號Fusion FPGA固有Flash技術的優(yōu)勢，將繼續(xù)在全球范圍獲得重要的關注。

電子工程世界：今后FPGA與其他器件相比的優(yōu)點及缺點是什么？FPGA與ASIC今后的關系將是如何？

Hezi Saar：通常，ASIC和FPGA之間的區(qū)別主要在于成本、工具可用性、性能和設計靈活性。它們各有其優(yōu)點和缺點，并取決于設計人員和應用。

     可編程邏輯器件 (PLD) 是用于構建數(shù)字集成電路的電子組件，與專用集成電路 (ASIC) 等固定功能的解決方案不同，PLD在制造時具有未定義的功能，允許在芯片生產并付運予客戶后進行定制，在PLD用于電路之前，必須進行編程。

     PLD的主要優(yōu)勢在于靈活性和上市時間短，ASIC制造商可能需要數(shù)月時間，方能開始付運定制ASIC，而可編程芯片只需數(shù)分鐘，即可完成編程。如果出現(xiàn)設計缺陷，大多數(shù)經編程的IC可以輕易修改，然而，定制ASIC可能又需要數(shù)月時間，方能完成新設計器件的制造。另一個有利于PLD的發(fā)展趨勢是隨著制造轉向更小的工藝尺寸，ASIC的前期成本 (如掩模成本) 不斷增加。

     PLD提供特定的功能，包括器件至器件接口、數(shù)據通信、信號處理、數(shù)據顯示、計時和控制，以及任何其它的系統(tǒng)功能，涵蓋廣泛的市場領域，從通信到工業(yè)、軍事到消費電子，以及醫(yī)療和汽車電子直到太空和航天應用。

     首先提一個有趣的問題：“如今的ASIC是什么？”，市場分析人士指出，ASIC市場是巨大的，而且正在增長，但是，我們看到傳統(tǒng)的AISC設計開始減少。為什么？抽絲剝繭仔細查看，你可以發(fā)現(xiàn)從一個平臺 (如開放式多媒體應用平臺(OMAP)) 演變而來的非常有名的ASSP，來自供應商的產品采用先進的技術，瞄準重要的應用領域 (如手機)。通過硅產品和系統(tǒng)供應商的高效合作，批量應用正在增加。因此，其它產品如何呢？ASIC原來的價值在于大批量定制優(yōu)勢，這仍然是市場的需求，不過，處于不斷增加的成本和ROI壓力之下。

     來自FPGA、MCU和模擬產品供應商的可配置和可編程產品開始滿足這個市場需求，我們將會看到在未來數(shù)年中，隨著FPGA發(fā)展，種類增多，其價值加速增長。相比傳統(tǒng)的可編程產品，這些器件提供更高的速度、更低的功耗和更低的成本。它們可以看作一種未來的平臺式ASIC，專用性更強，然而具有可配置性，用戶只需片刻時間，即可在辦公桌上進行配置。

電子工程世界：對于功耗，性能，加密性，開發(fā)簡易性等方面來看，您認為最重要的是那一部分？將如何權衡這些關系？

Hezi Saar ：Actel是以創(chuàng)新為基礎的企業(yè)，不斷努力以實現(xiàn)最佳的功耗、性能、安全性、易于開發(fā)性和價格的平衡。

     我們每種產品都提供獨特的特性組合，這是我們將客戶所需的各項功能進行平衡的最佳例證。

     舉例說，Actel的IGLOO FPGA系列提供低至5μW的最低靜態(tài)功耗，是競爭性可編程邏輯產品的一千七百分之一。我們的Flash*Freeze技術用于IGLOO器件，能夠輕易進入和退出功耗僅為5 μW的超低功耗模式，同進保存SRAM和寄存器數(shù)據。Actel的低功耗IGLOO FPGA采用球間距為0.4-mm的4 x 4-mm封裝，這是市場上用于可編程邏輯器件的最小封裝。IGLOO FPGA的價格低至0.99美元，工作頻率高達250Mz，將繼續(xù)應用于絕對低功耗和最小尺寸至關重要的領域。另外，對于需要32位處理能力的低功耗應用，設計人員可以在M1 IGLOO器件中免授權費或權益金使用ARM? Cortex-M1處理器。

     Actel的全新ProASIC3L系列器件仔細地平衡了低功耗和高速度，結合了大幅降低的功耗和高達350MHz的工作頻率，適合高性能、具功耗意識系統(tǒng)的設計人員采用。與Actel屢獲殊榮的5μW IGLOO FPGA一樣，ProASIC3L器件也支持1.2V核心及I/O電壓，以及Actel創(chuàng)新的Flash*Freeze技術。在典型的高速設計中，ProASIC3L器件的動態(tài)功耗只有100mW，靜態(tài)功耗僅為1mW，而在采用同級100萬門FPGA的典型高速設計中，基于SRAM的競爭解決方案的動態(tài)功耗較其高出60%，靜態(tài)功耗更是大了100倍。ProASIC3L系列還支持專為FPGA優(yōu)化的32位ARM Cortex-M1的免費實施方案，可讓設計人員挑選能夠最好地滿足其速度和功率設計需求的Actel Flash FPGA解決方案，而不論應用或數(shù)量為何。

     Actel的低功耗1.5V ProASIC3 FPGA針對性能進行了優(yōu)化，工作頻率達350MHz，批量產品的價格低至0.99美元，為工業(yè)、醫(yī)療和科研等高性能市場領域的設計人員，提供了具有高速、低功耗和低成本優(yōu)勢的靈活且功能豐富的解決方案。需要32位處理能力的低功耗應用可以在M1 ProASIC3器件中使用ARM Cortex-M1處理器，毋須付授權費或權益金。

     通過與客戶密切合作，我們將繼續(xù)提供專為滿足今天便攜電子產品的獨特需求而優(yōu)化的低功耗Flash FPGA產品。

電子工程世界：在FPGA發(fā)展以及開發(fā)過程中所面臨的挑戰(zhàn)有哪些？

Hezi Saar：在半導體行業(yè)中，就那一代工藝將是最終的“偉大的”尺寸縮減工藝存在著爭議，PLD行業(yè)也是不例外，對于每一代工藝而言，向前發(fā)展的邊際成本呈指數(shù)級增長，而且增加的優(yōu)勢減少了。

     對于90nm工藝，漏電流和軟錯誤等問題日益嚴重，需要越來越多的工藝折衷以獲得工藝尺寸縮減帶來的優(yōu)勢?，F(xiàn)在，設計人員必須在功耗、性能和價格 (三大重要因系) 之間進行選擇，而不是通過工藝縮減改善所有方面。幾代工藝之前，在“三大重要因素”方面的改進是自動生成的，今天則不然，要達到新的幾何工藝如90nm是一次得不償失的勝利，因為你會發(fā)現(xiàn)僅可獲得三大優(yōu)勢中的其中一項。

     在PLD領域，當下一代工藝尺寸縮減無法明確為三大重要因素提供優(yōu)勢時，軟錯誤率、安全性、電路板占位面積和即時上電功能將成為決定性因素。這在汽車電子、消費電子和航天等市場非常重要，可編程邏輯產品在上述領域正發(fā)展壯大。批量配置系統(tǒng)的設計人員需要高可靠性，這是具有高軟錯誤率的SRAM器件所無法滿足的，而且，電路板資源受限系統(tǒng)的設計人員將不會滿足于多芯片可編程邏輯解決方案。

電子工程世界：如何應對這些挑戰(zhàn)？

Hezi Saar：工藝尺寸縮減時代的終止表示工藝創(chuàng)新結合客戶驅動市場發(fā)展的新趨勢開始。我們正進入一個競爭和分化日益加劇的年代，在新興市場中抓住客戶的機會將屬于這樣的企業(yè)，他們致力于讓其產品和服務與客戶的需求相匹配，而不是那些只專注于率先達到最小工藝尺寸的企業(yè)。