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FPGA/PLD  

車用FPGA為可程式領域帶來新商機

上網時間: 2008年09月05日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:FPGA  CPLD  AEC-Q100 

隨著整個半導體產業不斷變化,現有市場的成長逐漸趨緩,因此可程式邏輯供應商正尋求新的發展機會。對於FPGA和CPLD供應商而言,汽車領域正成為其垂涎已久且頗具前景的市場之一。

車載電子產品在過去幾年來的迅猛發展已是有目共睹的。如今任何一款新車型的儀表板都包含非常全面的功能顯示。以前的AM/FM收音機和CD播放器也已經演變為先進的資訊娛樂中心,其中內建了MP3音訊、DVD播放、GPS導航、免持電話,甚至無線網際網路瀏覽等等功能。

眾多新功能的加入激發了對於快速IC重新編程能力的開發,當然這不僅適用於資訊娛樂,還包括引擎控制、輔助駕駛與其他任務等。由於汽車性能和功能的變化速度遠遠超過了典型的汽車設計週期,因此設計師們正設法尋求更易於重新配置的FPGA或CPLD,以取代ASIC和ASSP。

更高品質標準

目前,主要的FPGA/CPLD供應商們都已積極地調整其產品線,以期充分掌握這一發展商機。Altera公司在今年2月發佈了新的汽車級FPGA、CPLD與結構化ASIC產品。所有的這些新元件都符合汽車產業嚴格的品質標準,包括ISO/TS16949相容性認證,並根據AEC-Q100規格進行測試,以支援汽車產業的‘生產性零組件核準程序’(PPAP)與-40℃到+125℃之間的操作結溫範圍。Altera同時也確保其製造合作夥伴都通過了晶圓生產、封裝和測試的TS16949認證和註冊要求。

不久前,賽靈思(Xilinx)公司也發佈了新款車用Spartan-3A DSP FPGA產品,因而進一步擴展其汽車產品線。這些元件的設計理念在於提供更高層次的I/O、更高頻寬的DSP性能,同時也要求降低功耗。例如,新的混合式儀器組就需要更多的I/O接腳數來支援類比測量計和LED照明,它們還要求更先進的I/O性能以對顯示器進行智慧化控制。為了滿足這些要求,賽靈思的新款車用(XA)Spartan-3A元件可提供多達502個I/O接腳和130萬個系統閘。這些元件還符合CAN、MOST和FlexRay等網路標準。

越來越多的汽車製造商採用雷達、照相機和雷射雷達感測技術來實現夜視和車道偏離警告系統等應用,因此,他們需要更為強大的DSP性能。賽靈思公司所提供的新款XA Spartan-3A DSP元件具備超過30GMACS和2,200Gbps的記憶體頻寬,因而可滿足此一需求。

萊迪思半導體(Lattice)公司也不落人後。這家PLD、FPGA和CPLD供應商在針對汽車電子市場供貨一段時間後,今年初發佈了其Power Manager II可程式混合訊號元件的汽車級版本。其中,ispPAC-POWR1014和ispPAC-POWR1014A兩款元件整合了最佳化的可程式數位和類比功能,而可為PCB提供完整的電源管理解決方案。此外,這兩款元件經過認證,可滿足汽車電子協會的AEC-Q100標準,並支援PPAP。

Actel公司則是另外一家持續看好汽車市場的FPGA供應商。該公司在去年便發佈了滿足AEC-Q100、Grade 1標準且支援PPAP的低功率ProASIC產品線。

然而,汽車電子並不是唯一擁有新發展商機的領域。包括軍事和航空領域等曾經被認為機會極其有限的市場,如今也發展得越來越好了。例如在空間應用方面,賽靈思去年發佈了一款新的抗幅射Virtex-4QV系列FPGA產品,其中包括4種高性能元件,在單一晶片中整合了多達20萬個邏輯單元、10Mb的RAM/FIFO、2個帶輔助處理單元控制器的PowerPC處理器模組、512 DSP片與4個乙太網路MAC模組。另外,賽靈思還發佈了適用於軍事和航空領域的新款軍用級FPGA系列產品。

專注於功率

與此同時,可程式邏輯元件供應商也專注於開發新興的低功耗應用。去年,Altera公司所發佈的Cyclone III系列產品,據稱其產品較一些競爭廠商的FPGA功耗更低至7%。

Cyclone III系列採用台積電(TSMC)的65nm製程技術製造,針對DSP應用可配置最多達119,088個邏輯單元、3.9Mb記憶體和288個乘法器,在靜態模式下的功耗小於0.5W。這些元件瞄準手機和其他對功耗敏感的市場;而與前一代的90nm Cyclone II元件相較,新元件的密度提高了1倍,記憶體容量增加了2倍,並且配置了更多的乘法器。在今年3月,Altera公司又增加了新產品,採用了高度緊密型8x8mm2封裝,可以有效地協助設計師在空間受限的封裝尺寸中整合最多的功能。

萊迪思公司在今年4月為手持和可攜式設備開發人員推出了一些新的CPLD,進一步豐富了其產品系列。其中,ispMACH 4000ZE系列元件的待機電流低至10mA,並採用緊密型晶片級BGA封裝。CPLD元件包括密度從32個巨集單元到256個巨集單元不等。

最近,SiliconBlue公司也進入了低功耗可程式邏輯市場。這家新創企業發表了單晶片超低功耗FPGA元件,主要應用於以電池供電的手持設備。這些新FPGA元件採用標準的65nm CMOS製程製造,並內建該公司自有的非揮發性可配置記憶體,因而使設計者無需再使用傳統FPGA所需的外部快閃記憶體PROM,並有助於降低電路板面積要求與成本。專有的低功耗設計加上65nm製程,使得SiliconBlue公司能夠提供工作電流低至25mA的元件。這些新元件的邏輯容量範圍從2k到16k邏輯單元,I/O數量約為128到384個。

Actel公司在今年初針對功耗敏感的應用推出了新版ProASIC FPGA。其動態功耗降低了40%,靜態功率最多可降低90%。這種顯著的節能效果加上350MHz相對較高的工作頻率,使得該元件非常適合於工業、醫療和科學市場中的高性能應用。更低的動態功率在可攜式視訊和醫療應用中更為重要,因為在這些應用中的高速數據管線需要時脈以持續開關,而為FPGA提供輸入。ProASIC3L系列包含4款產品,密度從250k到300萬閘。

圖1:Altera公司的Cyclone III FPGA採用65nm CMOS製程製造,並且支援以電池供電的消費性電子應用,其於靜態模式下的功耗小於0.5W。
圖1:Altera公司的Cyclone III FPGA採用65nm CMOS製程製造,並且支援以電池供電的消費性電子應用,其於靜態模式下的功耗小於0.5W。

作者:馬卓輝





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