現場可編程閘陣列（FPGA）廠商在20納米（nm）節點的戰火愈演愈烈。除了比拼先進制程技術，FPGA領域兩家領導廠商--賽靈思（Xilinx）及 Altera亦于日前針對20納米產品分別推出全新的設計架構及開發工具，藉此強化產品競爭力，讓FPGA先進制程角力戰再添火藥味。

　　改造FPGA架構　賽靈思強攻20納米

　　以賽靈思為例，為順利從28納米挺進至20納米世代，該公司除借重臺積電在先進制程的技術能力之外，亦重新設計了全新的設計架構--UltraScale及設計工具--Vivado，以突破FPGA從28納米過渡到20納米面臨到的物理局限及設計瓶頸，期搶得市場先機。

　　圖1 賽靈思全球品質控管與新產品導入資深副總裁湯立人表示，全新的設計架構/工具/方法為20和1x納米FPGA產品決勝的重要關鍵。

　　賽靈思全球品質控管與新產品導入資深副總裁湯立人（圖1）表示，光纖網路、數位影音及無線通訊等應用領域，未來勢必分別朝1Tbit/s、8K4K及先進長程演進計劃（LTE-Advanced）的世代邁進，屆時將帶來大量的封包數據、頻寬、資料流處理等需求，亦為高階系統設計帶來艱鉅的挑戰；因此先進制程的FPGA產品重要性將顯著攀升。

　　不過，湯立人指出，由于FPGA產品本身在浮點運算、封包處理、布線資源與邏輯單元分配上具有物理局限性，因此從28納米進階到20納米制程后，其在性能及功耗方面的表現并不會改善多少，無法應付日趨復雜的系統運用，工程人員可能因此遭遇設計瓶頸，而不得不采用所費不貲的特定應用積體電路（ASIC）或設計彈性較不高的特定應用標準產品（ASSP）。

　　因此湯立人進一步表示，FPGA若要從28納米順利挺進至20納米，甚至是1x納米世代，并提供給工程人員效能優異的可編程元件，FPGA廠商的角力重點已不僅僅止于單純的先進制程競賽，更重要的是全新的設計架構、設計工具及設計方法（Design Methodology）如何與先進制程FPGA多方搭配，方能解決20或1x納米FPGA產品面臨到的各種物理局限和設計挑戰。

　　有鑒于此，賽靈思特別針對20或1x納米世代設計出類ASIC級（ASIC-class）的FPGA架構--UltraScale，能提供FPGA產品新一代的布線技術，以及高于過往解決方案兩倍的布線資源；在邏輯區塊的分布上亦采用新的可配置邏輯區塊（Configuration Logic Block， CLB）封裝，改善過往因邏輯單元分布鬆散而導致的時脈偏移詬病，使UltraScale FPGA產品具備ASIC級的時脈技術。

　　湯立人指出，這些新的邏輯架構和功能，可突破20或1x納米芯片遇到的效能瓶頸，且所需功耗僅有目前解決方案的一半，并讓所有的邏輯區塊使用率達90%以上，而過往可能只有75？80%；亦即，當FPGA內含兩百萬個邏輯單元時，工程人員可使用到一百八十萬個，讓系統效能和整合度較過往提升一點五到兩倍。

　　除提出UltraScale新架構外，賽靈思也推出全新的設計工具--Vivado和設計方法--UltraFast，為UltraScale FPGA產品提供各種ASIC級的可編程效能。

　　湯立人指出，事實上賽靈思已不再只著眼于FPGA市場的競爭，由于20納米FPGA產品與設計工具/方法能快速為客戶的系統創造出差異化設計，因此賽靈思更企盼20納米FPGA產品未來能成為ASIC/ASSP設計的絕佳替代方案。

　　不讓賽靈思專美于前，同樣身為FPGA領域重量級廠商的Altera，也卯足全力展開新一波20納米FPGA攻勢，并于2013年12月上旬發布 Arria 10版的Quartus II軟體，這也是Altera第一款支援20納米FPGA和系統單芯片（SoC）的開發工具。

　　新款開發工具出籠　Altera 20納米攻勢起

　　Altera軟體工程副總裁Premal Buch表示，過去六個月中，試用Quartus II軟體的客戶已成功使用該工具設計出Arria 10 FPGA和SoC，代表Altera已成功為所有希望能迅速實現20納米元件應用的客戶提供相應的軟體支援。Quartus II軟體采用現代多核心運算技術的尖端演算法，能夠持續擴充Quartus II軟體性能，讓Altera下一代產品系列持續保有最快編譯時間的優勢。

　　據了解，Arria 10版Quartus II軟體支援多種FPGA和SoC元件，包括具有一百一十五萬個邏輯單元、密度最大的中階Arria 10元件。Arria 10 FPGA和SoC采用臺積電的20納米制程技術，性能比目前的高階FPGA高出15%，功率消耗比以前的中階元件低40%。

　　Arria 10 FPGA和SoC還具有精度可調數位訊號處理器（DSP）模組、整合硬式核心硅智財（IP），以及具有1.5GHz雙核心安謀國際 （ARM）Cortex-A9處理器的可選式整合處理器系統，整合度比競爭中階元件高兩倍。此外，Arria 10 FPGA和SoC還提供28Gbit/s收發器，頻寬比當前一代產品高四倍，系統性能提高三倍，并支援PCIe Gen3 x8、頻寬2666Mbit/s的第四代雙倍資料率記憶體（DDR4）以及15Gbit/s混合記憶體立方體（HMC）。

　　綜上可知，FPGA廠商在20或1x納米的角力戰已不僅止于制程技術，更重要的是廠商能否推出全新的設計架構及開發工具，以協助客戶突破20或1x納米FPGA產品的設計挑戰，這也讓FPGA先進制程競賽的戰線更形擴大。