FPGA，便攜設備市場上也是較佳元器件

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

　　在迅速發(fā)展的移動產(chǎn)品市場上，要想確保競爭力，必需進一步實現(xiàn)高性能化和更低耗電化，以及靈活應對較短的產(chǎn)品壽命周期及規(guī)格更新的要求。 

圖1　Actel的PowerSmart解決方案

　　“作為滿足移動產(chǎn)品市場這一需求的元器件，ASIC的風險大且缺乏靈活性，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，可同時實現(xiàn)高性能化及低耗電化。另外，由于可在短期內完成開發(fā)等，因此我們認為，F(xiàn)PGA也是移動產(chǎn)品市場的較佳元器件”，美國Actel公司董事長兼首席執(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、設計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這個詞來體現(xiàn)Actel所做的工作。本來，這個詞指的是低耗電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）。

提供與閃存相同結構的“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分為結構與閃存相同的“閃存FPGA”以及結構與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，啟動時的啟動電流也較大，所以其耗電量比閃存FPGA大。另外，構成SRAM時需要較多的晶體管，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每次啟動系統(tǒng)時必須有生成電路的可重構功能。因此，需要另外準備保存重構數(shù)據(jù)的閃存。而另一方面，閃存FPGA不僅無需外設閃存，而且由于不需要重構，可通過Live At Power Up（插入電源后立即運行）來縮短系統(tǒng)的初始化時間，John East如此介紹說。

憑借0.12mW的靜態(tài)電流大大延長電池壽命

　　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，進一步實現(xiàn)了低耗電化。

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

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

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

圖2　智能手機使用各種元器件時的電池壽命對比
使用閃存FPGA的IGLOO時，由于靜態(tài)電流極小，可大幅延長手機的電池壽命

為IGLOO而較優(yōu)化開發(fā)的ARM Cortex-M1內核

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

　　面向IGLOO進行了優(yōu)化的ARM Cortex-M1內核，實現(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，很容易地過渡或復位到低耗電模式，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）、設計方便性等多種優(yōu)勢的One Chip Solution。此外，在Actel的FPGA中，使用這種由Actel進行了較優(yōu)化的Cortex-M1時，完全無需支付ARM內核的技術授權費及使用費”（John East）。

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

　　“競爭對手中，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。