Altera新推带收发器的低成本FPGA，面向多种应用

近日，FPGA领先厂商Altera公司宣布推出带有收发器的低功耗、低成本Cyclone IV FPGA。Altera非常重视该产品在中国市场的推广，公司产品及企业市场副总裁Vince Hu先生专程来到北京，向媒体详细介绍了新产品的特点和应用。

Cyclone系列是Altera公司的低成本FPGA器件，适合成本敏感的大批量应用。Altera期望以Cyclone FPGA替代目前的ASIC或ASSP。Hu先生说，与ASSP相比，FPGA器件具有许多优势。以工业以太网应用为例，FPGA供货时间持久，而ASSP则不会超过20年，但工业设备的寿命却往往超过这个长度。如果采用ASSP，用户必须备有大量库存，这将对公司财务构成很大的压力。如果客户引进新的技术，比如重新改版，采用ASSP也会增加很大的成本开销。而FPGA则非常灵活，因为它支持多种主流协议。即使从短期系统成本上看，采用低成本的FPGA也与采用ASSP相当。

集成了3.125 Gbps收发器的Cyclone IV GX FPGA的首款型号为EP4CGX15，将于2010年第一季度开始量产发售。该系列非常适合无线、固网、广播、工业和消费类领域的低成本、小外形封装应用，如手持式软件无线电、视频和图像处理设备以及无线客户前端设备等。

Cyclone IV GX FPGA包括150K逻辑单元（LE）、6.5M RAM、360个乘法器以及8个支持主流协议的集成3.125 Gbps收发器。支持的协议包括PCI Express、千兆以太网（SGMII、1000BASE-X）、SDI、10G以太网（XAUI）、CPRI、OBSAI、Serial RapidIO、DisplayPort、V-by-One和SATA。该器件尺寸为11 x 11 mm，据称是业界最小的收发器FPGA，功耗比以前的Cyclone产品低25%，系统成本比不带收发器的FPGA低30%。

Cyclone IV GX FPGA 是在现有Altera现有Cyclone 系列的扩展，增加了收发器功能。Altera公司之前已有带收发器的FPGA（参见集成收发器的40nm 系列FPGA）。与高端系列如Stratix IV相比，Cyclone IV针对一些相对低端、低功耗、对速度要求也不很高的应用，如工业以太网、消费类视频等，而Stratix IV主要是有线和无线通信应用，对于性能、速度上都是最高的要求，收发器数目也要求很高。

Hu先生介绍说，市场需求的变化为Cyclone IV GX带有诸多机遇。例如，为支持智能手机上的高清晰度视频，无线网络需要提供更高的接入带宽。而亚洲、拉美这些经济增长的地区，对于3G 业务的需求是不停的增长，同时对成本要求更低。在消费类的视频显示领域，一方面新的技术在不断出现（如高清晰度视频以及3D立体视频）需要有更高的带宽，另一方面成本也要求越来越低。在过去的两年里，这种最终视频产品价格不断下降（高清液晶电视的价格下降了60%），要求厂商寻找更便宜的芯片解决方案。在工业以太网应用领域，工业以太网需要支持各种不同的标准，而标准ASSP不能提供这些支持，已有的专用芯片或者定制的ASIC 成本上可以满足这种目标，但灵活性差，不能支持不断演进的多种标准。另外，专用芯片的停产问题也限制其在工业上的应用。

Hu先生称，Altera在收发器上有很强的技术积累。去年第四季度，Altera推出Stratix IV GX FPGA，今年第一季度推出第一个收发器性能达到11.3G 的STRATIX IV GT FPGA，今年下半年推出中端的ARRIA II GX FPGA，现在又推出了Cyclone IV。

  
图1：Altera带收发器的FPGA产品

Cyclone IV FPGA最大可以达到150K逻辑单元，通过新的Quartus II 软件9.1 提供支持。采用60纳米低功耗工艺制造，片上集成的PCIE硬core提供了最小密度的FPGA。之所以采用60nm而不是Altera最先进的40 纳米的工艺，Hu先生解释说，因为从性能上看，60nm 低功耗工艺已经能够达到目标。60 纳米非常成熟，成品率其实已经到了很理想的状态，所以成本低、量产快。为了简化整个系统的设计，Cyclone IV GX只需要两个供电电源（分别为内核和收发器供电）。另外选择Wirebond 的封装以降低成本。

Cyclone IV FPGA 在低功耗、低成本方面达到了新的水平。Cyclone IV FPGA 15K逻辑单元的带收发器的FPGA批量价格（250K 片）可以低至6 美元，可以应用到广播视频采集设备以及工业以太网。

Hu先生以液晶电视为例来说明带有收发器的Cyclone IV FPGA如何降低了系统成本。图2中的上半部是普通液晶电视的框图。左边是信号的调谐部分，得到的视频信号经过一组36 对的LVDS线传递到后面的面板上，处理芯片可以是ASIC，也可以是FPGA。这个方案需要比较贵的连接器，另外面板上的FPGA 需要支持，意味着封装里提供这么多引脚，整个封装成本也是比较高的。随着接口标准演进，现在可以采用一种称为称之为V x 1的协议，如图2下部所示。这样可以使用4对走线，从而只需便宜的接插件，采用更小的封装达到成本的降低。这种演进不仅是接口走线的减少。下一代电视里，除了接口走线的减少，另一方面在清晰度方面也从2K的分辨率提高到4 千线的分辨率。另外也逐渐的支持三维视频的显示，对于色度空间的解度由8 比特提高到10、12 比特，在此FPGA 提供更多的灵活性。厂商可以在一个硬件设上实现具有不同功能，可以支持多种视频标准的不同产品型号。Cyclone IV FPGA 的成本也可以和专用芯片相近，成本上也有很强的竞争力。

  
图2：Cyclone IV FPGA降低电视接收机视频处理成本

Hu先生举的另外一个例子是广播级视频采集卡，结构如图3所示。左边是多路的视频输入，视频格式可以是SD 标清，高清和全高清的视频输入。这些视频输入通过板上的均衡器，通过外部的收发器，转换成并行信号引入到FPGA。采集的信号通过PCI EXPRESS 和主机PC 通信。在下一代的视频采集卡的产品当中，大家可以看到，通过Cyclone IV FPGA 可以集成所有的包括PCIE 桥接的所有收发器，可以节省30%的系统成本。

  

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