本文主要為大家闡述FPGA如何在半導體行業大放異彩，在新的階段，對FPGA而言，融合將是一種必然趨勢！

　　如果說哪一類產品的成長率超過半導體行業平均增長率，那FPGA（現場可編程門陣列）算是其中翹楚。無止境的帶寬需求、無處不在的互聯計算、不斷拓寬的市場、勢在必行的可編程技術都使得高度靈活的FPGA大放光彩。

　　向新融合時代進發

　　雖然FPGA現在只有幾個資深玩家，但仍然可用“異彩紛呈”描述它的創新軌跡，而融合則是其“精髓”。一方面，它的融合不只是“跨界”，通過集成ARM處理器等進入嵌入式市場。正如維特根斯坦所言，各種哲學流派存在家族相似性，FPGA的融合也相似。如賽靈思（Xilinx）的Zynq-7000系列、Altera的28nm Cyclone V和Arria V產品、Microsemi半導體公司的SmartFusion器件等。Altera資深副總裁、首席技術官Misha Burich表示，未來10年是FPGA融合的時代，在FPGA中會集成硬核處理器、大容量邏輯單元、精度可調DSP等，利用這種兼顧的架構可不斷拓展應用領域，覆蓋高性能計算、高性能存儲、汽車馬達控制等。

　　另一方面，FPGA廠商突破摩爾定律的3D異構IC，將不同工藝的模擬和數字IC實現單芯片集成，為FPGA開辟了更廣闊的未來。京微雅格（北京）科技有限公司市場總監竇祥峰就提到，FPGA未來融合的方向和創新點應該是在封裝上，現在封裝和制程節點同樣重要，封裝技術對系統集成有很大的幫助，如TSV硅穿孔、2.5D封裝/3D封裝等新型封裝技術。

　　賽靈思公司全球高級副總裁、亞太區執行總裁湯立人也對《中國電子報》記者表示，3D IC可將混合信號、存儲器和高密度邏輯等不同工藝的裸片集成，邏輯使用20nm/22nm工藝，而混合信號和存儲器則使用更成熟、更合適的工藝節點。3D IC技術可降低企業一下子把所有設計都移植到最尖端工藝的壓力和風險，從而有助于整個行業向20nm工藝過渡。“不過，系統級單芯片器件的設計和集成比以往需要更多專業技術和投資，3D IC的開發和測試也需要多年專業經驗。”湯立人進一步指出。

　　最近一年間賽靈思已交付了全球首批單芯片異構3D IC，其中包括高密度的Virtex-7 2000T，提供68億個晶體管和2000萬個ASIC等效門；高帶寬的Virtex-7 H580T，提供多達16個28Gbps收發器和72個13.1Gbps收發器以及可滿足關鍵Nx100G和400G線路卡應用功能要求的單芯片解決方案。

　　當然，一切創新都要以應用為導向。Altera公司總裁兼CEO John Daane表示，FPGA對新技術節點的需求已經超出了電路設計能力，在芯片級甚至是系統級影響設計選擇。他舉例道，在當今以系統為導向的環境下，只有業界最快的收發器還遠遠不夠。串行鏈路需要速度足夠快的控制器才能夠跟上收發器，控制器需要速度很快的片內總線、容量足夠大和速度足夠快的緩沖以支持它們，而且所有這些模塊必須滿足能耗要求。

　　設計工具革新應對挑戰

　　將融合進行到底的FPGA雖然一路走來風光無限，但Altera亞太區產品市場經理謝曉東指出：“FPGA硬件設計的靈活性也會帶來諸如設計復雜度增加的煩惱，而軟件開發在嵌入式系統開發周期中占重要地位。誰更早開發軟件，誰就能占據先機，贏得市場?！庇捎贔PGA包括處理器、DSP、硬核IP等不同模塊，如何對它編程需要認真考慮，包括綜合、仿真及時序分析，系統互聯，基于C語言的編輯工具，DSP編程以及嵌入式軟件工具OS支持等。

　　而FPGA廠家對設計工具的革新也著眼于此。賽靈思前不久公開發布新一代顛覆性設計環境Vivado設計套件，來打破集成和實現的瓶頸?！癡ivado不僅能加速可編程邏輯和IO的設計速度，而且還可提高可編程系統的集成度和實現速度，讓器件能夠集成3D堆疊硅片互聯技術、ARM處理系統、模擬混合信號（AMS）和絕大大部分半導體IP核。Vivado設計套件突破了可編程系統集成度和實現速度兩方面的重大瓶頸，將設計生產力提高到同類競爭開發環境的4倍。”湯立人指出。

　　而Altera的方法是“各個擊破”。Misha Burich提到，針對以上五點混合系統開發環境，Altera有分別的解決方案：在綜合、仿真及時序分析方面，有傳統的QuartusII；而在片上互連方面，提供Qsys工具；在基于C語言的編程工具上，OpenCL可以做一個并行編程的編譯器；在DSP編程方面，Altera與The MathWorks公司合作，可以通過SoPC Builder下的DSP Builder提供給客戶；在嵌入式的軟件工具及OS支持方面，可通過他們的第三方開發工具，獲得對FPGA的開發支持。此外，Altera率先在FPGA業界實現了虛擬原型開發技術，可支持用戶面向他們的SoC FPGA器件開始應用軟件的開發，以最小的工作量將軟件移植到等價的硬件中，不需要修改就可以運行。

　　而京微雅格也深知開發工具的重要性。“為縮短設計周期和加快上市，提供便捷易用的開發工具越來越重要，我們在軟件易用性與人性化、調試的方便性、時序優化、軟件編譯時間上做了很大的努力，現在我們在這些方面達到了國際先進水平。”竇祥峰表示。

　　除了FPGA原廠自己提供開發套件外，第三方的開發板或工具是FPGA生態系統的重要組成部分。北京阿爾戴信息技術有限公司南方區技術經理毛春靜提到，目前的主流FPGA器件廠商，都只提供滿足基本開發流程所需功能的工具，對前端設計、驗證和評測支持甚少，這都需要專業的第三方EDA工具提供支持?！半S著對FPGA器件應用的深入以及規模的擴大、復雜度的提高，必然會對第三方專業EDA工具有著持續增長的需求。”毛春靜表示。

　　對于未來FPGA開發工具走向，竇祥峰表示，未來FPGA開發工具會利用CPU多核技術，減少FPGA的編譯時間，利用GUI實現與RTL的互操作，提高軟件的效率等。

　　國內廠商開始發力

　　從20世紀80年代開始先后有58家公司從事過FPGA的研發，但目前FPGA廠家僅只有三四家碩果僅存。而國內的聲音在這方面相比通信芯片、無線芯片等相對較弱。可喜的是，除了航天772所在高可靠領域應用FPGA領域取得突破外，另一家著力于民用市場的京微雅格開始異軍突起。

　　京微雅格公司CEO劉明博士對《中國電子報》記者介紹，從多家技術、資金實力雄厚的大公司在FPGA領域折戟沉沙中吸取的教訓在于：一是不能以技術為導向，要重視市場；二是要保證持續的資金投入，有些公司正是因為資金鏈的中斷而退出市場。三是市場與芯片定位問題；四是軟硬件配合問題。

　　京微雅格則吸取早期FPGA廠商失敗的經驗，以研發為主體、市場為導向，在經過對國內外市場的充分調研后確定了現在的FPGA+CPU+FLASH+SRAM的Tile架構，并推出了32款產品。劉明介紹說，京微雅格的優勢在于研發、銷售、市場、售后全部都在中國，因此更加了解中國的市場特點和需求。下一步京微雅格已開始55納米LP工藝CME4000產品系列的開發，計劃10月開始流片。

　　而航天772所則在高可靠領域應用找到了自己的施展天地。目前高可靠領域應用FPGA市場大約在整個FPGA市場的10%-15%份額，并且每年呈現快速增長的趨勢。航天772所FPGA部主任陳雷表示，目前FPGA產品已經進入了“應用為王”的時代，構建不同應用領域的平臺FPGA產品是未來發展方向。面向宇航、軍用及汽車等特殊領域應用，航天772所已形成百萬門級高可靠和高等級的FPGA系列產品。

　　當然，雖然國內FPGA已邁出了“一小步”，但能否成為FPGA業的“一大步”，還有諸多挑戰。劉明表示，目前公司遇到的最大挑戰是如何讓國產FPGA盡快地進入市場并得以認可，除了自身修煉內功之外，還需要國內市場持續關注國產FPGA的研發進度，帶動整個使用國產FPGA的生態鏈發展。陳雷也指出，應借助國家重大科技專項推動國產FPGA產業發展，以產業聯盟的方式構建完善的國內FPGA產業生態環境，合適地引入資本市場推動產業的發展，加強整機系統企業對國產FPGA產業的牽引作用，力爭以點帶面，尋求合適的特殊領域應用環境作為國產FPGA的市場切入點，形成中國FPGA的核心競爭力。