FPGA，便攜設(shè)備市場(chǎng)上也是較佳元器件

　　近年來，以手機(jī)為代表，便攜式數(shù)字音頻播放器、數(shù)碼相機(jī)及數(shù)碼攝像機(jī)、PDA等移動(dòng)產(chǎn)品市場(chǎng)取得了長(zhǎng)足發(fā)展。支撐這一發(fā)展的正是在半導(dǎo)體元器件的高性能化，以及在此基礎(chǔ)上，半導(dǎo)體元器件小型化、低耗電化以及低成本化的結(jié)果。

　　在迅速發(fā)展的移動(dòng)產(chǎn)品市場(chǎng)上，要想確保競(jìng)爭(zhēng)力，必需進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高性能化和更低耗電化，以及靈活應(yīng)對(duì)較短的產(chǎn)品壽命周期及規(guī)格更新的要求。 

圖1　Actel的PowerSmart解決方案

　　“作為滿足移動(dòng)產(chǎn)品市場(chǎng)這一需求的元器件，ASIC的風(fēng)險(xiǎn)大且缺乏靈活性，而微控制器以及DSP則在耗電量及性能方面稍顯遜色。另外，CPLD的規(guī)模較小且性能貧乏，而且耗電量也不夠小。與此相比，F(xiàn)PGA由于能夠以可編程方式生成硬件電路，因此，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高性能化及低耗電化。另外，由于可在短期內(nèi)完成開發(fā)等，因此我們認(rèn)為，F(xiàn)PGA也是移動(dòng)產(chǎn)品市場(chǎng)的較佳元器件”，美國(guó)Actel公司董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官John East力推FPGA。

　　Actel是開發(fā)及提供“ProASIC系列”、“Fusion”、“IGLOO”等閃存FPGA以及“Axcelerator”、“eX”、“sSX-A”、“MX”等Antifuse FPGA器件的FPGA廠商。除了致力于元器件本身的低耗電化之外，還提供低耗電IP、設(shè)計(jì)工具以及用于電力和系統(tǒng)管理等綜合性低耗電化的解決方案（圖1）。

　　“我們用PowerSmart這個(gè)詞來體現(xiàn)Actel所做的工作。本來，這個(gè)詞指的是低耗電IP，現(xiàn)在我們將其用于更大的概念。也就是說，我們提供PowerSmart元器件及開發(fā)PowerSmart系統(tǒng)的解決方案”（John East）。

提供與閃存相同結(jié)構(gòu)的“閃存FPGA”

　　元器件本身的低耗電化，其根源在于Actel的FPGA是“閃存FPGA”。

　　一般來說，可擦寫的FPGA分為結(jié)構(gòu)與閃存相同的“閃存FPGA”以及結(jié)構(gòu)與SRAM相同的“SRAM FPGA”。

　　“SRAM FPGA由于需要保存數(shù)據(jù)所以需要較多電流，啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流也較大，所以其耗電量比閃存FPGA大。另外，構(gòu)成SRAM時(shí)需要較多的晶體管，因此，漏電流也必然增大。相反，閃存FPGA由于無需用于保存數(shù)據(jù)的電流，晶體管數(shù)量也較少，因此，可降低泄漏電流”（John East）。

　　另外，SRAM FPGA每次啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)必須有生成電路的可重構(gòu)功能。因此，需要另外準(zhǔn)備保存重構(gòu)數(shù)據(jù)的閃存。而另一方面，閃存FPGA不僅無需外設(shè)閃存，而且由于不需要重構(gòu)，可通過Live At Power Up（插入電源后立即運(yùn)行）來縮短系統(tǒng)的初始化時(shí)間，John East如此介紹說。

憑借0.12mW的靜態(tài)電流大大延長(zhǎng)電池壽命

　　作為閃存FPGA，Actel目前提供ProASIC系列產(chǎn)品、Fusion和IGLOO。

　　其中較新產(chǎn)品為“IGLOO”產(chǎn)品群。該產(chǎn)品群以基于130nm工藝、Actel的第三代閃存FPGA——ProASIC3閃存FPGA為基礎(chǔ)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了低耗電化。

　　電源電壓除了1.5V運(yùn)行模式之外，還新增加了1.2V運(yùn)行模式。另外，憑借Flash*Freeze模式、低耗電主動(dòng)模式（Active Mode）、睡眠模式這三種低耗電模式，實(shí)現(xiàn)了極低的耗電性能。尤其是在Flash*Freeze模式下，實(shí)現(xiàn)了5μW的超低耗電量。可以說是PowerSmart特點(diǎn)的真正體現(xiàn)。

　　IGLOO較大可支持：系統(tǒng)門（System Gate）數(shù)300萬、504kbit雙端口SRAM、6個(gè)PLL、616個(gè)用戶I/O。

　　“比較100萬門電路FPGA的靜態(tài)電流，可以發(fā)現(xiàn)，號(hào)稱低耗電的基于其他公司SRAM的FPGA為40mW～150mW，而IGLOO僅為0.12mW，即僅消耗前者1/300～1/500的電力”（John East）。

　　絕對(duì)低的靜態(tài)耗電量，對(duì)于待機(jī)時(shí)間較多的多功能手機(jī)（Smart Phone）及手機(jī)的電池壽命來說，都將帶來極大的益處（圖2）。

圖2　智能手機(jī)使用各種元器件時(shí)的電池壽命對(duì)比
使用閃存FPGA的IGLOO時(shí)，由于靜態(tài)電流極小，可大幅延長(zhǎng)手機(jī)的電池壽命

為IGLOO而較優(yōu)化開發(fā)的ARM Cortex-M1內(nèi)核

　　Actel在2007年10月發(fā)布了推進(jìn)PowerSmart元器件戰(zhàn)略的產(chǎn)品：面向IGLOO進(jìn)行了較優(yōu)化的ARM Cortex-M1內(nèi)核、以及支持ARM Cortex-M1內(nèi)核的IGLOO元件“M1 IGLOO”。

　　面向IGLOO進(jìn)行了優(yōu)化的ARM Cortex-M1內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)了在靜態(tài)模式（Static Mode）下24μA、睡眠模式下3μA的極低耗電性能。此外，在Flash*Freeze模式下，可在保存SRAM及寄存器數(shù)據(jù)的同時(shí)，很容易地過渡或復(fù)位到低耗電模式，并可將漏電流降至20μA。

　　“低耗電的Cortex-M1處理器嵌入到同樣為低耗電的IGLOO元件中，將成為兼具成本、耗電、占用空間（Footprint）、設(shè)計(jì)方便性等多種優(yōu)勢(shì)的One Chip Solution。此外，在Actel的FPGA中，使用這種由Actel進(jìn)行了較優(yōu)化的Cortex-M1時(shí)，完全無需支付ARM內(nèi)核的技術(shù)授權(quán)費(fèi)及使用費(fèi)”（John East）。

　　如上所述，推進(jìn)FPGA解決方案，正是Actel采取“Actel無處不在”戰(zhàn)略的一環(huán)。

　　“競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中，有的FPGA廠商提供犧牲電力性能，以便在特定用途發(fā)揮高性能的元器件。相反，Actel則能夠提供PowerSmart、而且可廣泛應(yīng)用的FPGA。唯其如此，我們的產(chǎn)品在所有類別產(chǎn)品中凡是需要FPGA的，都被大量采用”（John East）。

　　今后，Actel將繼續(xù)通過開發(fā)及提供PowerSmart的通用FPGA，大幅拓展FPGA的應(yīng)用范圍，為系統(tǒng)的低耗電化、小型化以及高性能化作出貢獻(xiàn)。