FPGA 由于開(kāi)發(fā)靈活方便，以及早期投資少，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種應(yīng)用上，但是FPGA也有很明顯的缺陷，比如：?jiǎn)蝺r(jià)太高，功耗太大，無(wú)法完全滿(mǎn)足客戶(hù)的要求，雖然有客戶(hù)想使用ASIC來(lái)替代FPGA，但是由于昂貴的芯片制版費(fèi)和近半年的開(kāi)發(fā)周期，也對(duì)很多客戶(hù)帶來(lái)很大的不便。東芝最新推出的FFSA，就是結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，比如：?jiǎn)蝺r(jià)和功耗都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于FPGA，比ASIC又遠(yuǎn)低的芯片制版費(fèi)，還有近5周的芯片開(kāi)發(fā)周期，由于可以做到完全兼容FFSA硬件，避免了客戶(hù)線(xiàn)路板的二次開(kāi)發(fā)，真正做到快速切換，使客戶(hù)可以用FPGA做早期方案開(kāi)發(fā)，待項(xiàng)目開(kāi)發(fā)完成后，快速轉(zhuǎn)到FFSA，以其低單價(jià)和低功耗的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用到大批量的生產(chǎn)當(dāng)中去。

　　FFSA技術(shù)的特點(diǎn)

　　FFSA平臺(tái)源于東芝為各大領(lǐng)先公司提供超30年以上定制化SoC/ASIC的經(jīng)驗(yàn)積累，僅通過(guò)4層金屬層就可以實(shí)現(xiàn)定制金屬掩膜層，快速生產(chǎn)FFSA器件，其可以?xún)?yōu)化500多個(gè)內(nèi)核單元庫(kù)，可以像存儲(chǔ)器那樣配置優(yōu)化尺寸和性能；所采用的增強(qiáng)型單元架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)N+1代工藝節(jié)點(diǎn)FPGA的性能；具備可配置IO、PLL、DDR/LVDS PHY和多協(xié)議收發(fā)器；在設(shè)計(jì)方面，可以使用與ASIC相同的EDA工具和方法實(shí)現(xiàn)。此外，F(xiàn)FSA平臺(tái)是一種可擴(kuò)展性技術(shù)，擴(kuò)展范圍為65 nm-28 nm工藝尺寸。

　　如圖1所示，F(xiàn)FSA平臺(tái)由FFSA內(nèi)核加存儲(chǔ)器組成。內(nèi)核區(qū)域包括門(mén)海結(jié)構(gòu)和500多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)；存儲(chǔ)器包括可由金屬進(jìn)行編程的單端口SRAM/雙端口SRAM/FIFO/ROM。FFSA平臺(tái)周?chē)腎O可由金屬編程，支持LVDS.DDR。收發(fā)器（串行解串器）支持多協(xié)議，可針對(duì)各協(xié)議通過(guò)金屬進(jìn)行定制。

圖1：FFSA平臺(tái)框圖

　　如圖2所示，與FPGA相比，F(xiàn)FSA在功耗方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。以340門(mén)FIR模塊為例，東芝的40 nm和65 nm FFSA的頻率分別為440和370MHz，而其他兩款28 nm FPGA則分別為306和240 MHz。

圖2：FFSA與FPGA功耗的對(duì)比

　　本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)6月《智能工業(yè)特刊》Change The World欄目，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

　　上市時(shí)間和成本優(yōu)勢(shì)

　　除了滿(mǎn)足對(duì)高性能、高規(guī)格和低功耗技術(shù)日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，在產(chǎn)品壽命周期前所未有縮短的時(shí)代，可用的開(kāi)發(fā)時(shí)間非常珍貴，只有能夠滿(mǎn)足要求且實(shí)現(xiàn)在試產(chǎn)即將開(kāi)始前進(jìn)行參數(shù)微調(diào)的解決方案，才能提高開(kāi)發(fā)者的自由度和靈活性。

　　東芝認(rèn)為，縮短生產(chǎn)周期和布局設(shè)計(jì)期，為客戶(hù)提供生產(chǎn)周期非常短的樣品非常重要。FFSA技術(shù)可大幅縮減產(chǎn)品的上市時(shí)間，同時(shí)保持標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC在性能、功率、低單位成本方面的優(yōu)勢(shì)。具體體現(xiàn)在，與ASIC相比，F(xiàn)FSA上市時(shí)間（TTM）更快，單位價(jià)格更低，性能更高。此外，F(xiàn)FSA所需的開(kāi)發(fā)時(shí)間更少，且開(kāi)發(fā)成本也比傳統(tǒng)ASIC低。

圖3：FFSA與ASIC和FPGA相比的成本優(yōu)勢(shì)

　　東芝為IP配備了包括JESD204B在內(nèi)的高速接口，JESD204B是一種用于提高PCB設(shè)計(jì)靈活性和降低BOM成本的新型高級(jí)接口。這種接口經(jīng)過(guò)幾次更新后越來(lái)越受矚目，較之CMOS和LVDS接口產(chǎn)品在速度、尺寸和成本上更有優(yōu)勢(shì)，效率也更高。此外，引腳數(shù)量的減少也使得封裝尺寸更小且布線(xiàn)數(shù)量更少，這些都讓電路板更容易設(shè)計(jì)并且整體系統(tǒng)成本更低。因此，F(xiàn)FSA在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品應(yīng)用方面具有優(yōu)勢(shì)，如微波回傳和光纖主干網(wǎng)絡(luò)。

　　FFSA的周轉(zhuǎn)時(shí)間比較短，可以通過(guò)自定義只有少數(shù)金屬層進(jìn)行配置。東芝可用5周的短周轉(zhuǎn)時(shí)間時(shí)間從Clean RTL設(shè)計(jì)出RTL的原型并交付樣品，這個(gè)時(shí)間是傳統(tǒng)ASIC所需時(shí)間的五分之一。在對(duì)于大量增長(zhǎng)的產(chǎn)品及要求快速上市的產(chǎn)品而言，F(xiàn)FSA無(wú)疑是最佳適配的解決方案，可以幫助客戶(hù)抓住市場(chǎng)機(jī)遇。

圖4：FFSA與ASIC和FPGA的對(duì)比

　　東芝獲獨(dú)家授權(quán)使用Baysand技術(shù)，可通過(guò)定制少數(shù)金屬掩膜層，生產(chǎn)出功能豐富、性能高且功耗低的FFSA。由于FFSA與FPGA兼容，客戶(hù)可以將以前FPGA設(shè)計(jì)驗(yàn)證的RTL代碼移植到引腳布局相同的FFSA上。

　　豐富的工藝節(jié)點(diǎn)

　　東芝已經(jīng)推出了65 nm FFSA，很快將發(fā)布40 nm FFSA；同時(shí)也在考慮提供有片上高速收發(fā)器的FFSA。到目前為止，東芝的FFSA陣容已包括從28 nm、40 nm到65 nm的SA5、SA5S、SA6、SA6S和SA7幾個(gè)系列，其中一些產(chǎn)品帶有6.5 Gbps、12.5 Gbps和28 Gbps的收發(fā)器。圖5是東芝FFSA的開(kāi)發(fā)路線(xiàn)圖。

圖5：東芝FFSA開(kāi)發(fā)路線(xiàn)圖

　　前不久，東芝與半導(dǎo)體制造公司Globalfoundries合作生產(chǎn)FFSA產(chǎn)品。東芝將利用后者晶圓廠的生產(chǎn)擴(kuò)大其FFSA業(yè)務(wù)，為客戶(hù)提供最佳解決方案。首批產(chǎn)品將采用Globalfoundries 65 nm-LPe和40 nm-LP工藝制造，并計(jì)劃將合作范圍擴(kuò)展到該公司的28 nm 高電介質(zhì)金屬柵極（High-K Metal Gate， HKMG）技術(shù)。

　　FFSA產(chǎn)品系列是東芝的主要戰(zhàn)略性大規(guī)模集成電路（LSI）之一。與Globalfoundries合作生產(chǎn)FFSA晶圓，既可以保證實(shí)現(xiàn)對(duì)FFSA工程樣品和大批量生產(chǎn)都極為重要的較短生產(chǎn)周期，也保證了東芝能夠獲得高質(zhì)量、高產(chǎn)量和高容量。

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