成本功耗敏感型應用進入“全功能PLD”時代

為了向低密度PLD設計人員提供一個適用于大批量、成本敏感設計的“全功能PLD”，萊迪思半導體(Lattice)日前推出新的MachXO2 PLD系列。與上一代MachXO系列相比，MachXO2系列提供了3倍的邏輯密度、10倍的嵌入式存儲器，靜態功耗降低了100倍以上并減少了高達30%的成本，其待機功耗可以低至19uW。嵌入式閃存技術采用低功耗65nm工藝，低密度可編程器件應用中的一些常用功能，如用戶閃存(UFM)、I2C、SPI和定時器計數器已固化在MachXO2器件中，能夠節省多達600個查找表(LUT)。

　　由于擁有這些功能，MachXO2也將產品定位在面向成本/功耗敏感的高性能應用，包括面向系統級的電信基礎設施、計算、高端工業、高端醫療；以及針對消費領域的智能手機、全球定位系統、移動計算、數碼相機和游戲機/玩具。

　　Lattice負責市場業務的副總裁Douglas Hunter表示，自己領導的這家公司正在推動中端和低密度FPGA市場的發展，PLD器件將在上述領域大有作為。“過去兩年中，Altera在CPLD市場的份額從43%降為39%；Xilinx則從27%下降到25%，而Lattice的份額卻從30%上升到至36%。事實上，我們在低密度市場能做的還有很多。”

　　不同的應用對于FPGA的性能和密度需求不同。超高密度FPGA支持大容量應用，對于那些要求高性能和密度的場合，如ASIC仿真、100G光網絡路由器而言是最好的選擇；中端產品追求功耗、性能和成本的平衡，適用于無線接口、安防和監控等應用；低密度FPGA則更看重成本和使用的便捷性。

Lattice公司副總裁Douglas Hunter

　　Altera和Xilinx看起來比Lattice顯得更快一步，但Hunter仍然堅持認為Lattice在中端和低密度市場上占據著優勢。“工藝上的領先并不一定意味著在功耗方面就具備同樣的優勢，關鍵取決于架構設計。因此，單純通過采用新的工藝降低功耗的效果不會太大。”

　　該公司高級產品市場經理Shantanu Dhavale對此解釋說，對于系統設計而言，客戶往往追求大量且低成本的I/O和可靠性設計，并通過功能整合減少電路板面積。因此，Lattice在MachXO2中專門設計了三重交錯I/O，以及不對稱的Banking機制，希望最大限度的提高I/O使用率。“通常來說，我們提供的I/O是3.3V的。如果采用對稱式I/O布局，在和2.5V、2.8V進行接口時，就不能充分利用所有的I/O。”此外，MachXO2還采用了兩層、四層的BGA封裝，以期最大限度降低每個I/O的成本。

　　Shantanu Dhavale在接受記者采訪時還同時強調了MachXO2在升級和安全方面所具備的優勢。例如，通過采用Transparent Field Reconfiguration(TransFR)技術，工程師無論在現場，或是遠程，都無需終止系統運行就可進行邏輯升級工作；而諸如雙啟動(Dual Boot)這樣的功能，則可確保在被動文件下載時如果出現問題，系統可自動檢測；同時，為了最大限度保證安全，MachXO2內還預設了64Bit ID以便追蹤，并支持一次性編程(OTP,One-Time-Programmable)模式。

　　Lattice的低密度FPGA建立在非易失性閃存技術基礎之上。通過將閃存集成進芯片內部，并同時采用片上穩壓器和振蕩器，與采用外部閃存的方案相比，這種單芯片方案不僅具有節省成本和芯片面積的優勢，還能夠帶來瞬間上電的好處，使芯片能夠及時上電運行復位、電源管理等功能。在安全性方面也有更好的保證。

　　目前，MachXO2系列提供了三種靈活選擇。MachXO2 ZE器件擁有256到7K查找表，工作電源電壓標稱值為1.2V，支持高達60MHz的系統性能。可提供低至19uW的功耗，專為成本敏感、低功耗的消費類應用設計而優化，如智能電話、GPS和PDA等；MachXO2 HC器件擁有256到7K查找表，工作電源電壓標稱值為3.3V或2.5V，并支持高達150MHz的系統性能。提供多達335個用戶IO和設計解決方案(瞬時上電、非易失性、輸入遲滯和單芯片)，支持電信基礎設施、計算、工業和醫療設備等應用；MachXO2 HE器件擁有2K到7K查找表，工作電源電壓標稱值為1.2V，并支持高達150MHz的系統性能，適用于功耗敏感的系統應用。

　　為了加速開發時間，用戶可免費從Lattice網站上下載Lattice Diamond v1.1軟件進行MachXO2器件設計。現有ispLEVER軟件的用戶則可以選擇使用免費的ispLEVER v8.1 SP1 Starter軟件，并安裝控制包進行設計。此外，該公司還免費提供20多個使用MachXO2器件的參考設計和兩種開發套件，以加快對MarchXO2器件的評估。

　　市場需求的快速回升和供貨緊張狀況導致所有的PLD供應商都實現了營收的快速增長，業內平均增長率高達40-42%。不過，Hunter強調說，“我們的表現更為出色，今年營收增長率預計可達到54.6%。這主要歸功于中等密度FPGA市場的顯著增幅，以及MachXO2在消費電子市場贏得了更大的份額。” 他同時透露說，“中國已成為Lattice最重要的市場，我們70%的出貨量付運到中國，來自中國的Design-In項目數也占到了45%。”

XO2結構框圖