FPGA市場(chǎng)再迎新玩家，這次瞄準(zhǔn)了超低功耗

盡管經(jīng)歷了收購(gòu)和洗牌等一系列事件，FPGA市場(chǎng)依然處于一個(gè)相對(duì)來說被壟斷的局面，Intel(Altera)、Xilinx、Microchip（Microsemi）和Lattice等廠商基本瓜分完了這個(gè)市場(chǎng)。想要切入這一市場(chǎng)，絕非一件易事。而老牌半導(dǎo)體大廠瑞薩電子卻在近日宣布，將推出ForgeFPGA產(chǎn)品家族，正式進(jìn)軍FPGA市場(chǎng)。

ForgeFPGA

ForgeFPGA的開發(fā)團(tuán)隊(duì)來自Dialog收購(gòu)的Silego Technology，而瑞薩電子在今年完成了對(duì)Dialog的收購(gòu)后，基于Silego的GreenPAK推出了這一FPGA系列。ForgeFPGA的定位是超低功耗和低成本，主要服務(wù)于低于5000邏輯門的應(yīng)用，該系列首批產(chǎn)品將采用1K和2K LUT的尺寸。根據(jù)瑞薩電子給出的預(yù)計(jì)，其待機(jī)功耗低于20μA（微瓦級(jí)），批量單價(jià)低于0.5美元，不過首款產(chǎn)品（1K LUT）預(yù)計(jì)將在2022年第二季度才會(huì)投入量產(chǎn)。

宏單元模式 / 瑞薩電子

除了硬件基于GreenPAK外，F(xiàn)orgeFPGA也將采用了GreenPAK一樣的商業(yè)模式，軟件免費(fèi)下載且免收授權(quán)費(fèi)。已經(jīng)發(fā)布的開發(fā)軟件ForgeFPGA Workshop提供新老兩種開發(fā)模式，一種是基于原理圖捕獲開發(fā)流程的“宏單元模式”，一種是給熟知Verilog語言的工程師準(zhǔn)備的HDL模式。

軟件中也可以看到目前唯一ForgeFPGA產(chǎn)品SLG47910V的具體細(xì)節(jié)，用戶對(duì)一次性可編程（OTP）非易失性存儲(chǔ)器（NVM）進(jìn)行編程，配置SLG47910V的邏輯互聯(lián)、I/O引腳和宏單元?jiǎng)?chuàng)建電路設(shè)計(jì)。SLG47910V為QFN-24封裝，其邏輯陣列等效于900 4-bit LUT，內(nèi)嵌5kb的分布式內(nèi)存和32kb的BRAM，以及一個(gè)50MHz（可運(yùn)行在3.41MHz的低功耗模式）的晶振和一個(gè)鎖相環(huán)PLL。目前尚不清楚ForgeFPGA采用了何種工藝，但應(yīng)該用的是瑞薩電子自己的晶圓廠。

iCE40 UltraLite

同樣主打超低功耗的還有Lattice的iCE40 UltraLite系列FPGA，分別是640 LUT的iCE40UL-640和1K LUT的iCE40UL-1K。兩款FPGA采用40nm的制程打造，待機(jī)電流僅有35μA，等效于42μW的待機(jī)功耗。且兩者均提供16-ball WLCSP和36-ball ucBGA的封裝，不過只有第二種封裝才有PLL。

iCE40 UltraLite / Lattice

iCE40 UltraLite內(nèi)置56kb的BRAM和兩個(gè)晶振，分別是一個(gè)10kHz的低頻晶振和一個(gè)48MHz的高頻晶振，前者適用于always-on應(yīng)用，而后者則適合用來做喚醒。Lattice還在FPGA中內(nèi)嵌了用于RGB LED的硬化PWM電路，以及用于紅外LED的硬化TX/RX脈沖邏輯電路，因此可以直接與LED相連，不再需要任何外部MOSFET或緩沖器。

GW1NZ-ZV

在國(guó)內(nèi)FPGA廠商高云半導(dǎo)體看來，需要持續(xù)運(yùn)行和對(duì)系統(tǒng)I/O與外設(shè)實(shí)時(shí)監(jiān)控的應(yīng)用中，低功耗的FPGA與微控制器相比反而更有優(yōu)勢(shì)。因?yàn)槲⒖刂破魍瓿赏瑯拥墓ぷ餍枰掷m(xù)提供時(shí)鐘，即便可以降低運(yùn)行速度來降低功耗，但仍不可忽視。而低靜態(tài)功耗的FPGA只需在一小部分邏輯單元上消耗動(dòng)態(tài)功耗，其余邏輯單元做到無功耗。

為此，高云半導(dǎo)體推出了基于超低功耗的非易失FPGA GW1NZ-ZV，該FPGA采用了55nm的嵌入式Flash制程和高云的Always-on技術(shù)，在0.9V的核電壓下，可以做到小于28μW的靜態(tài)功耗。FPGA可以動(dòng)態(tài)部署額外的資源，設(shè)計(jì)成電源管理模塊，用作喚醒其他系統(tǒng)組件。

結(jié)語

當(dāng)前市面上不少邊緣和IoT應(yīng)用，其實(shí)并不需要用到大尺寸的FPGA器件，低成本低功耗的小尺寸FPGA將打破過去因?yàn)槌杀靖叨粭売玫木置?。瑞薩此次入局再一次把超低功耗FPGA的價(jià)格拉低，讓智能手表等可穿戴設(shè)備市場(chǎng)也多出了FPGA發(fā)力的機(jī)會(huì)。