成本功耗敏感型应用进入“全功能PLD”时代

作者：邵乐峰

为了向低密度PLD设计人员提供一个适用于大批量、成本敏感设计的“全功能PLD”，莱迪思半导体(Lattice)日前推出新的MachXO2 PLD系列。与上一代MachXO系列相比，MachXO2系列提供了3倍的逻辑密度、10倍的嵌入式存储器，静态功耗降低了100倍以上并减少了高达30%的成本，其待机功耗可以低至19uW。嵌入式闪存技术采用低功耗65nm工艺，低密度可编程器件应用中的一些常用功能，如用户闪存(UFM)、I2C、SPI和定时器计数器已固化在MachXO2器件中，能够节省多达600个查找表(LUT)。


由于拥有这些功能，MachXO2也将产品定位在面向成本/功耗敏感的高性能应用，包括面向系统级的电信基础设施、计算、高端工业、高端医疗；以及针对消费领域的智能手机、全球定位系统、移动计算、数码相机和游戏机/玩具。


Lattice负责市场业务的副总裁Douglas Hunter表示，自己领导的这家公司正在推动中端和低密度FPGA市场的发展，PLD器件将在上述领域大有作为。“过去两年中，Altera在CPLD市场的份额从43%降为39%；Xilinx则从27%下降到25%，而Lattice的份额却从30%上升到至36%。事实上，我们在低密度市场能做的还有很多。”


不同的应用对于FPGA的性能和密度需求不同。超高密度FPGA支持大容量应用，对于那些要求高性能和密度的场合，如ASIC仿真、100G光网络路由器而言是最好的选择；中端产品追求功耗、性能和成本的平衡，适用于无线接口、安防和监控等应用；低密度FPGA则更看重成本和使用的便捷性。




Lattice公司副总裁Douglas Hunter


Altera和Xilinx看起来比Lattice显得更快一步，但Hunter仍然坚持认为Lattice在中端和低密度市场上占据着优势。“工艺上的领先并不一定意味着在功耗方面就具备同样的优势，关键取决于架构设计。因此，单纯通过采用新的工艺降低功耗的效果不会太大。”


该公司高级产品市场经理Shantanu Dhavale对此解释说，对于系统设计而言，客户往往追求大量且低成本的I/O和可靠性设计，并通过功能整合减少电路板面积。因此，Lattice在MachXO2中专门设计了三重交错I/O，以及不对称的Banking机制，希望最大限度的提高I/O使用率。“通常来说，我们提供的I/O是3.3V的。如果采用对称式I/O布局，在和2.5V、2.8V进行接口时，就不能充分利用所有的I/O。”此外，MachXO2还采用了两层、四层的BGA封装，以期最大限度降低每个I/O的成本。


Shantanu Dhavale在接受记者采访时还同时强调了MachXO2在升级和安全方面所具备的优势。例如，通过采用Transparent Field Reconfiguration(TransFR)技术，工程师无论在现场，或是远程，都无需终止系统运行就可进行逻辑升级工作；而诸如双启动(Dual Boot)这样的功能，则可确保在被动文件下载时如果出现问题，系统可自动检测；同时，为了最大限度保证安全，MachXO2内还预设了64Bit ID以便追踪，并支持一次性编程(OTP,One-Time-Programmable)模式。

Lattice的低密度FPGA建立在非易失性闪存技术基础之上。通过将闪存集成进芯片内部，并同时采用片上稳压器和振荡器，与采用外部闪存的方案相比，这种单芯片方案不仅具有节省成本和芯片面积的优势，还能够带来瞬间上电的好处，使芯片能够及时上电运行复位、电源管理等功能。在安全性方面也有更好的保证。


目前，MachXO2系列提供了三种灵活选择。MachXO2 ZE器件拥有256到7K查找表，工作电源电压标称值为1.2V，支持高达60MHz的系统性能。可提供低至19uW的功耗，专为成本敏感、低功耗的消费类应用设计而优化，如智能电话、GPS和PDA等；MachXO2 HC器件拥有256到7K查找表，工作电源电压标称值为3.3V或2.5V，并支持高达150MHz的系统性能。提供多达335个用户IO和设计解决方案(瞬时上电、非易失性、输入迟滞和单芯片)，支持电信基础设施、计算、工业和医疗设备等应用；MachXO2 HE器件拥有2K到7K查找表，工作电源电压标称值为1.2V，并支持高达150MHz的系统性能，适用于功耗敏感的系统应用。


为了加速开发时间，用户可免费从Lattice网站上下载Lattice Diamond v1.1软件进行MachXO2器件设计。现有ispLEVER软件的用户则可以选择使用免费的ispLEVER v8.1 SP1 Starter软件，并安装控制包进行设计。此外，该公司还免费提供20多个使用MachXO2器件的参考设计和两种开发套件，以加快对MarchXO2器件的评估。


市场需求的快速回升和供货紧张状况导致所有的PLD供应商都实现了营收的快速增长，业内平均增长率高达40-42%。不过，Hunter强调说，“我们的表现更为出色，今年营收增长率预计可达到54.6%。这主要归功于中等密度FPGA市场的显着增幅，以及MachXO2在消费电子市场赢得了更大的份额。” 他同时透露说，“中国已成为Lattice最重要的市场，我们70%的出货量付运到中国，来自中国的Design-In项目数也占到了45%。”




XO2结构框图