Quick Logic亞太區(qū)總經理 馮遠輝

       FPGA技術在2006年表現(xiàn)得非常看好。許多熱點產品，它們的共同之處在于特別強調存儲容量以及功耗問題。

       便攜產品需低功耗FPGA

       首先從基本面來看，2006年消費類電子將繼續(xù)得到市場的追捧，尤以個人多媒體便攜設備為甚：一是手機，今年3G手機將大量出貨，而3G手機的殺手級應用一定是基于大量數(shù)據(jù)(包括音視頻等數(shù)據(jù)流)的處理。這就必須要求3G手機必須運算速度快、存儲容量大、功耗低。二是PMP，它同樣對處理性能、存儲容量、功耗等提出苛刻的要求。三是IPTV，IPTV可將電視節(jié)目以數(shù)據(jù)的方式傳輸并存儲，因此其對存儲容量的要求很高。

       其次，從技術層面來說，隨著應用進入大批量生產階段，各家廠商都希望獲得前期投入少、周轉時間短、低風險的解決方案來降低生產成本；同時3C技術的快速發(fā)展，導致產品的多樣性、差異性以及時效性。因此系統(tǒng)設計需要一個設計修改靈活的、功能完善的、易用的開發(fā)環(huán)境。而FPGA正是以其設計靈活、易于修改、沒有掩膜成本、沒有小訂單數(shù)量限制的特性受到廣大系統(tǒng)設計人員的青睞。

       然而，系統(tǒng)設計人員也面臨著諸多挑戰(zhàn)，諸如各種器件之間的互不匹配：處理器局部總線、PCI總線、CF卡以及其他器件都采用各自的協(xié)議標準，讓單一器件同時支持各種接口標準是設計工程師的迫切需要。更重要的是，在產品升級的過程中，降低功耗已經成為整個設計流程的迫切要求。因此，如何有效地解決接口多樣性帶來的橋接問題和實現(xiàn)低功耗是器件供應商面臨的巨大挑戰(zhàn)。只有真正解決了這些問題，才能限度地發(fā)揮FPGA的優(yōu)勢。

Anti-fuse型FPGA功耗低

       設計者需要在基于不同技術的FPGA中選取合適的器件類型來作為橋接芯片。目前FPGA市場上有基于SRAM、基于EEPROM以及基于Anti-fuse技術的三種常見FPGA器件。

       在實際的設計工作中，不同技術類型的FPGA會對整個系統(tǒng)造成影響：首先是影響系統(tǒng)的復雜度。SRAM類型的FPGA每次上電啟動時加載配置信息而需要外部啟動ROM，EEPROM類型和Anti-fuse類型則不需要外部ROM器件和配置電路。

       其次FPGA類型還會影響系統(tǒng)功耗，也可以說系統(tǒng)功耗主要取決于FPGA類型的選擇。簡單模式或者總線主設備模式，有無外部存儲器及控制電路，這些橋接模式的功能選擇都將影響系統(tǒng)功耗。SRAM型FPGA在待機電流方面有一些嚴重缺陷。首先電路需要至少FPGA和外部配置ROM兩個器件，增加了待機電流；而FPGA的上電配置過程往往會跟系統(tǒng)其他進行初始化的設備爭奪電流；由于使用SRAM單元來控制傳輸門的導通狀態(tài)導致了芯片中大量電路處于活動狀態(tài)，SRAM型FPGA的問題是SRAM單元的漏電流導致的待機功耗居高不下。此外，由于深亞微米工藝下漏電流表現(xiàn)更為嚴重，一顆SRAM型FPGA的典型待機電流高達50mA，遠遠超過便攜嵌入式系統(tǒng)可以承受的范圍。EEPROM不需要配置ROM電路，非易失的配置信息也允許待機模式，降低了功耗，然而漏電流仍然是不可忽視的問題。Anti-fuse型FPGA的電路結構決定其功耗遠低于其他類型FPGA。Anti-fuse是介于陣列排列的連接點之間的非導通電路結構，這些Anti-fuse連接在經過器件編程后轉化為導通狀態(tài)。因為編程之后形成了性的金屬連接，器件不需要開關晶體管和配置存儲器來保存電路連接信息。在同等工藝條件下Anti-fuse型FPGA占用硅片面積低于其他類型FPGA。

       我們提供了超低功耗的IDE橋接控制器作為配套芯片來連接低功耗嵌入式處理器，從而在提升系統(tǒng)性能的同時減少了硬盤存儲相關作業(yè)的CPU占用率，限度地降低了功耗。這意味著移動平臺系統(tǒng)設計者可以跨越基于傳統(tǒng)SRAM的FPGA造成的功耗限制和CPLD性能的挑戰(zhàn)。系統(tǒng)性能和功耗的搭配是通過在基于可編程邏輯的配套設備中用硬件方法實現(xiàn)大量的數(shù)學算法和數(shù)據(jù)通道管理，而不是在嵌入式處理器上用軟件的方法來實現(xiàn)。