ASIC与FPGA发力低功耗 新需求引领半导体业革新

ASIC与FPGA发力低功耗 新需求引领半导体业革新


    ASIC与FPGA发力低功耗

    在今年参加Globalpress电子峰会的企业代表中，与FPGA相关的公司数量众多，包括Altera、Lattice(莱迪思)、QuickLogic等。而与其呈此消彼长之势的ASIC阵营也不甘示弱，Open-Sili-con、GlobalUnichip立场坚定地做ASIC的拥趸。两者之间的暗战由来已久，但此番不约而同地找到了“共同点”———低功耗。

    Altera市场营销部高级副总裁DannyBrian指出，FPGA设计过去注重密度和效能，如今转变成重视低功耗设计并同时兼顾密度和效能。Altera通过采用各种创新技术和28nm制程工艺，来降低高带宽应用的成本和功耗。

    Lattice此番主打中等密度和低密度FPGA，锁定数码相机、液晶电视、服务器、无线基站、安全监控、智能手机等市场。Lattice公司总裁兼首席执行官BrunoGuilmart说，市场对中等密度FPGA的要求是低功耗和优化的性能，对低密度FPGA的要求是低成本和易于使用。Lattice的产品也将适应这些需求进一步扩展其市场，其2010年第一季度FPGA营业额增长41%成为准确把脉市场需求的有力佐证。

    随着先进制程技术的不断进步，ASIC饱受开发成本不断上升、灵活性不足的诟病，因而市场逐渐被FPGA侵蚀。但台湾创意电子(GlobalUnichip)公司市场处处长黄克勤认为，ASIC的成本更多是从市场总量/单价比出发，而通过ASIC设计公司和晶圆厂的合作，可降低ASIC的前端制造成本和风险，即ASIC无晶圆模式。他还表示，在低功耗设计上，降低漏电流和动态消耗功率是ASIC设计公司关注的两大焦点。2003年就一直在ASIC市场耕耘的Open-Silicon公司总裁兼首席执行官NaveedSherwani认为，ASIC设计业正在经历变革，如从完全自有IP到购买部分第三方IP、从自建工厂到成为Fabless、从自有设计工具到使用第三方设计工具等，ASIC厂商只需做好产品定义，其他如架构和RTL设计、IP、晶圆制造等将更多地外包给芯片设计服务公司，这是综合考量灵活性、成本、上市时间的结果。

    MEMS应与晶圆厂加强合作

    MEMS随着触摸屏手机的大范围普及也开始水涨船高。Gartner公司调查总监StephanOhr在会上表示，非光学传感器2010年的市场容量预计将突破31亿美元，2014年将接近50亿美元。汽车仍是其最大的应用市场，预计2014年其规模将突破28亿美元。ADI公司副总裁兼总经理MarkMartin说，未来10年是MEMS第三次应用浪潮，出现在医疗、工业控制和军事领域，MEMS高效加速器和陀螺仪将进一步带动其多元化应用。

    MEMS产品出货量已达到2000万片的SiTime公司市场行销副总裁PiyushSevalia说，在网络、通信、存储、消费电子等时钟发生器应用市场，全硅产品取代石英是必然趋势，因其可提供更高性能、更低成本、更小占位面积和更快的上市时间。

他举例道，SiTime全硅振荡器IC的生产流程是2周，而石英高精密机械加工制造工艺周期一般需8-16周。
    虽然MEMS在市场上表现抢眼，但其仍面临着封装、质量稳定性等诸多挑战。

    在MEMS市场上有过多年经验的BoschSensortecGmbH常务董事FrankMelzer指出，单一的MEMS产品并不能保证在市场上获得成功，应该提供一系列MEMS产品和相关的软件支持才能适应市场多样化的需求，并且要应用先进技术和提供完好的质量。Coventor总裁兼首席执行官MikeJamiolkowski认为，晶圆厂应积累MEMS标准化制程经验，与MEMS设计业者通力合作，扩展多元化生态环境，才能有效拓展MEMS的市场应用。

    EDA着力提高布局效率

    EDA一直是半导体业的重要分支。从2009年的数据看，模拟IC市场销售额达310亿多美元，而EDA销售额约10亿美元。EDA为适应半导体业对EDA的新需求，在降低功耗和噪音处理、提高布局/布线效率等方面不断发力，以此来获得更长足的发展动力。

    当制程技术从45nm进入28nm阶段，无论是芯片设计前端或后端，降低功耗和噪声的重要性为EDA厂商所重视。在EDA领域深耕细作的Apache瞄准这一需求，专门提供降低功率和噪声的EDA工具。Apache公司CEO兼董事长AndrewYang表示，Apache公司开发的EDA工具可解决28nm芯片的噪声、EMI辐射和干扰等问题。AndrewYang还指出，EDA厂商除了降低功耗外，也要提供合适的电源供应设计内容以及芯片制程后的校正服务。

    随着采用数字和模拟混合芯片的数量日益增多，对EDA工具的可再利用、可移植模拟设计创建方法的要求也越来越高。Magma(微捷码)公司对此推出TitanALX(模拟布局加速器)和TitanAVP(模拟虚拟原型设计)工具，可提高模拟/混合信号设计的动态布局的产品化率，使客户可采用更新的工艺技术更快地开发出产品。Magma市场营销副总裁BobSmith还介绍了静态时序分析与提取产品———Tekton/QCP。他表示，目前在芯片流片之前的验证工具仍然采用15年前的架构，费时很长时间，而Magma的Tekton/QCP新架构可使SoC时序分析和提取在1小时之内完成。

    Altera：新一代FPGA支持多样化精度DSP设计

    ·日益增长的带宽要求对处理性能要求走高，固定精度的DSP已不能满足应用需求。

    ·Altera应用28nm技术开发的新一代StratixV家族FPGA，支持多样化精度的DSP设计，可替代传统的DSP和ASSP。

    “FPAG设计已从过去追求密度和效能转变成相当重视低功耗并同时兼顾密度和效能。”Altera市场营销部高级副总裁DannyBiran强调了低功耗在FPGA设计中的重要性。

    他表示，在视频处理、无线基站、医疗图像处理、高性能计算机、军事雷达等应用中，日益增长的带宽要求对处理性能要求走高，比如在视频处理中，已从标清到高清再发展到4K的分辨率，DSP要处理比以前高出25倍的像素精度，从9×9提升到18×18；

在无线基站从3G到LTE再到LTEAdvanced的演进过程中，对DSP的要求是要适应多载波和多重天线的设计，DSP处理效能更要提高到200倍才行，精度要从18×18提升到27×27；在军事雷达监测系统中，从固定目标监测到实时多目标监测，DSP处理效能的精度也要提升100倍。固定精度的DSP在既定成本和功耗的范围内，已不能满足上述的应用需求。
    Altera应用28nm技术开发的新一代StratixV家族FPGA，提高了集成度和I/O性能，同时满足了成本和功耗要求。它支持多样化精度的DSP设计，可替代传统的DSP和ASSP，有效满足市场对DSP的多重需求。经过测算，在视频处理中，可节约30%多的DSP资源；在无线基站中，比固定运算的DSP可节约30%多的资源；在军事雷达应用中，可节约50%的DSP资源。Altera可提供包括IP、接口在内的可验证的参考设计及开发板。

    Intersil：半导体业对勾形实现复苏

    ·半导体业将在接下来的一年内实现复苏，它的模式既不是U形、V形或W形等，而将是对勾形。

    ·新市场的需求带动半导体业整体回升，视频、安全和低功耗是三大驱动力。

    “今年前20家半导体供应商中，有19家在2010年将增长资本支出，前20家合计支出将达1040美元，整个半导体业支出将增长至1780亿美元，比2009年增长13%。”Intersil首席执行官DaveBell表示，“因而半导体业将在接下来的一年内实现复苏，它的模式既不是U形、V形或W形等，而将是对勾形。”

    新市场的需求带动半导体业整体回升，视频、安全和节能是三大驱动力。DaveBell表示,未来的视频将无处不在，如YouTube网站浏览者平均一个月要花费10多个小时观看视频。而iPhone也带动了手机视频传输流量的增长，在汽车信息娱乐系统中的视频应用也日渐升温。而在安全领域，人们对安全需求的增长引发了视频监控市场的繁荣。

    Intersil公司的目标是成为宽产品线的高性能模拟IC公司，在过去的两年里，Intersil成功完成了6次收购，平均每个季度都会推出一款新产品。Intersil去年收购了Quellan、Rock公司，近日则成功收购了Techwell公司。DaveBell提到，Quellan公司有一种Q∶Active技术，可通过放大信号和降低噪声来恢复信号质量，实现高清信号的传输，显著缩小线缆规格并延长传输距离至原来无源线缆的3倍。相比10GBaseT和10G光纤方式，在面积和功耗上实现了巨大的突破。近日收购的Techwell公司主要是为安全监控和汽车信息娱乐市场提供视频解决方案。这些都将使Intersil为新市场的需求提供更高性能、更低成本的解决方案。

    QuickLogic：独有技术增强OLED显示效果

    ·今后5年内50%的手机会应用OLED显示屏，此外，OLED显示也会在平板电脑、上网本等市场得到更广泛的应用。

    ·开发了可增强OLED显示效果的VEE和DPO产品。

QuickLogic已完成转型，从FPGA公司转成为便携设备提供完全客户定制标准产品(CSSP)，CSSP可把硬逻辑设计的高集成度及高性能以及定制化所需的灵活性整合在一起。QuickLogic为客户定制的产品有PolarPro和Arcticlink系列。由于CSSP针对专门的应用，不需要众多的开发工具，因而客户应用起来更加方便。CSSP的目标应用是平板电脑、智能手机、上网本等便携式设备的LCD或OLED显示背景光和能耗控制。

    有数据显示，今后5年内50%的手机会应用OLED显示屏，此外，OLED显示也会在平板电脑、上网本等市场得到更广泛的应用。QuickLogic总裁AndrewPease表示，QuickLogic开发了经过验证的可增强OLED显示效果的VEE(视觉增强引擎技术)和DPO(显示功耗优化器)产品。VEE可根据环境亮度的变化来动态优化视觉效果，提供高质量的对比度优化，从而可提供更好的用户视觉体验。DPO技术可智能控制显示亮度，从而可降低功耗并延长电池使用寿命。VEE和DPO技术已被集成在该公司的ArcticlinkIIVX解决方案平台中。“目前公司的客户高通、博通等进行手机和上网本芯片设计时通常需要花费10个多月的时间，而现在只需集中在基带芯片或应用处理器方面，在显示增强和节点方面可直接采用ArcticLinkII，7个月即可完成设计。”QuickLogic总裁AndrewPease指出。

    Lattice：FPGA产品开发锁定低功耗和低成本

    ·客户对中等密度FPGA的要求是低功耗和更多关键IP的支持，同时具备优化的性能。

    ·下一代产品会着力降低成本和功耗，满足客户对3G的技术需求。

    若想在Xilinx和Altera称雄的FPGA市场成功上位，必然需要“有所为有所不为”。Lattice公司总裁兼CEOBrunoGuilmart介绍，在其他竞争对手2010年第一季度营收下降的形势下，Lattice公司的FPGA产品营收逆势增长了41%。而这一切都归功于其定位于中等密度和低密度FPGA产品。

    Lattice副总裁兼高密度解决方案总经理SeanRiley在接受《中国电子报》记者专访时指出，FPGA市场需要三种产品，一种是高密度产品，有很高的性能，但同时功耗和成本也会偏高；二是中等密度FPGA，比高密度产品更少的DSP、存储器等，客户的要求是低功耗和更多关键IP的支持，同时具备优化的性能；三是低密度产品，客户对此的要求是低成本和易于使用。在中等密度FPGA领域，Lattice提供关键IP、嵌入式硬逻辑来应对市场需求，典型产品是ECP3，其在无线通信接口、安全监控应用领域得到快速增长。在低密度产品领域，Lattice在晶圆制造、测试等方面不断降低成本，并提供开发板以使客户更快地开发产品，适应市场需求。

    对于28nm制程技术的应用，他表示，28nm技术开发的产品在军事等领域有需求，Lattice也会跟进，但还需克服其带来的功耗和成本高的问题。Lattice在产品开发过程中一直注重降低功耗和成本，应用65nm开发的产品在功耗和成本方面可以媲美40nm产品，Lattice还在提高产品易用性方面下工夫，因而客户的接受度很高。

Lattice进入中国市场10多年来，一直致力于提供本地化的销售推广和技术支持服务，第一季度营收增长41%的主要原因是中兴和华为订单增加的结果。SeanRiley还表示，Lattice在中国有两家全球性的分销商，因Lat-tice客户的研发团队分布在全球，全球性的分销商也有利于Lattice提供全方位的支持。中国3G是一新事物，在发展的过程中会产生很多需求，并且目前LTE等基站的设计昂贵，功耗也非常高，Lattice的下一代产品会着力降低成本和功耗，满足客户对3G的需求。

    在电源管理IC领域，Lattice的混合信号产品主要是电源管理IC。Lattice副总裁兼低密度和混合信号解决方案总经理ChristopherFanning表示，2010年将着重推广其电源管理平台，相较以前的电源管理IC，它增加了重置、系统接口功能，并进一步降低了成本，提高了灵活性。未来还将开发具有温度控制、实时测量等功能的新电源管理平台。