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作者：郭慶春 來源：嵌入式公社 近日，FPGA領(lǐng)先廠商Altera公司宣布推出帶有收發(fā)器的低功耗、低成本Cyclone IV FPGA。Altera非常重視該產(chǎn)品在中國市場的推廣，公司產(chǎn)品及企業(yè)市場副總裁Vince Hu先生專程來到北京，向媒體詳細(xì)介紹了新產(chǎn)品的特點和應(yīng)用。 Cyclone系列是Altera公司的低成本FPGA器件，適合成本敏感的大批量應(yīng)用。Altera期望以Cyclone FPGA替代目前的ASIC或ASSP。Hu先生說，與ASSP相比，F(xiàn)PGA器件具有許多優(yōu)勢。以工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用為例，F(xiàn)PGA供貨時間持久，而ASSP則不會超過20年，但工業(yè)設(shè)備的壽命卻往往超過這個長度。如果采用ASSP，用戶必須備有大量庫存，這將對公司財務(wù)構(gòu)成很大的壓力。如果客戶引進(jìn)新的技術(shù)，比如重新改版，采用ASSP也會增加很大的成本開銷。而FPGA則非常靈活，因為它支持多種主流協(xié)議。即使從短期系統(tǒng)成本上看，采用低成本的FPGA也與采用ASSP相當(dāng)。 集成了3.125 Gbps收發(fā)器的Cyclone IV GX FPGA的首款型號為EP4CGX15，將于2010年第一季度開始量產(chǎn)發(fā)售。該系列非常適合無線、固網(wǎng)、廣播、工業(yè)和消費類領(lǐng)域的低成本、小外形封裝應(yīng)用，如手持式軟件無線電、視頻和圖像處理設(shè)備以及無線客戶前端設(shè)備等。 Cyclone IV GX FPGA包括150K邏輯單元（LE）、6.5M RAM、360個乘法器以及8個支持主流協(xié)議的集成3.125 Gbps收發(fā)器。支持的協(xié)議包括PCI Express、千兆以太網(wǎng)（SGMII、1000BASE-X）、SDI、10G以太網(wǎng)（XAUI）、CPRI、OBSAI、Serial RapidIO、DisplayPort、V-by-One和SATA。該器件尺寸為11 x 11 mm，據(jù)稱是業(yè)界最小的收發(fā)器FPGA，功耗比以前的Cyclone產(chǎn)品低25%，系統(tǒng)成本比不帶收發(fā)器的FPGA低30%。 Cyclone IV GX FPGA 是在現(xiàn)有Altera現(xiàn)有Cyclone 系列的擴(kuò)展，增加了收發(fā)器功能。Altera公司之前已有帶收發(fā)器的FPGA（參見集成收發(fā)器的40nm 系列FPGA）。與高端系列如Stratix IV相比，Cyclone IV針對一些相對低端、低功耗、對速度要求也不很高的應(yīng)用，如工業(yè)以太網(wǎng)、消費類視頻等，而Stratix IV主要是有線和無線通信應(yīng)用，對于性能、速度上都是最高的要求，收發(fā)器數(shù)目也要求很高。 Hu先生介紹說，市場需求的變化為Cyclone IV GX帶有諸多機遇。例如，為支持智能手機上的高清晰度視頻，無線網(wǎng)絡(luò)需要提供更高的接入帶寬。而亞洲、拉美這些經(jīng)濟(jì)增長的地區(qū)，對于3G 業(yè)務(wù)的需求是不停的增長，同時對成本要求更低。在消費類的視頻顯示領(lǐng)域，一方面新的技術(shù)在不斷出現(xiàn)（如高清晰度視頻以及3D立體視頻）需要有更高的帶寬，另一方面成本也要求越來越低。在過去的兩年里，這種最終視頻產(chǎn)品價格不斷下降（高清液晶電視的價格下降了60%），要求廠商尋找更便宜的芯片解決方案。在工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，工業(yè)以太網(wǎng)需要支持各種不同的標(biāo)準(zhǔn)，而標(biāo)準(zhǔn)ASSP不能提供這些支持，已有的專用芯片或者定制的ASIC 成本上可以滿足這種目標(biāo)，但靈活性差，不能支持不斷演進(jìn)的多種標(biāo)準(zhǔn)。另外，專用芯片的停產(chǎn)問題也限制其在工業(yè)上的應(yīng)用。 Hu先生稱，Altera在收發(fā)器上有很強的技術(shù)積累。去年第四季度，Altera推出Stratix IV GX FPGA，今年第一季度推出第一個收發(fā)器性能達(dá)到11.3G 的STRATIX IV GT FPGA，今年下半年推出中端的ARRIA II GX FPGA，現(xiàn)在又推出了Cyclone IV。 
圖1：Altera帶收發(fā)器的FPGA產(chǎn)品 Cyclone IV FPGA最大可以達(dá)到150K邏輯單元，通過新的Quartus II 軟件9.1 提供支持。采用60納米低功耗工藝制造，片上集成的PCIE硬core提供了最小密度的FPGA。之所以采用60nm而不是Altera最先進(jìn)的40 納米的工藝，Hu先生解釋說，因為從性能上看，60nm 低功耗工藝已經(jīng)能夠達(dá)到目標(biāo)。60 納米非常成熟，成品率其實已經(jīng)到了很理想的狀態(tài)，所以成本低、量產(chǎn)快。為了簡化整個系統(tǒng)的設(shè)計，Cyclone IV GX只需要兩個供電電源（分別為內(nèi)核和收發(fā)器供電）。另外選擇Wirebond 的封裝以降低成本。 Cyclone IV FPGA 在低功耗、低成本方面達(dá)到了新的水平。Cyclone IV FPGA 15K邏輯單元的帶收發(fā)器的FPGA批量價格（250K 片）可以低至6 美元，可以應(yīng)用到廣播視頻采集設(shè)備以及工業(yè)以太網(wǎng)。 Hu先生以液晶電視為例來說明帶有收發(fā)器的Cyclone IV FPGA如何降低了系統(tǒng)成本。圖2中的上半部是普通液晶電視的框圖。左邊是信號的調(diào)諧部分，得到的視頻信號經(jīng)過一組36 對的LVDS線傳遞到后面的面板上，處理芯片可以是ASIC，也可以是FPGA。這個方案需要比較貴的連接器，另外面板上的FPGA 需要支持，意味著封裝里提供這么多引腳，整個封裝成本也是比較高的。隨著接口標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)，現(xiàn)在可以采用一種稱為稱之為V x 1的協(xié)議，如圖2下部所示。這樣可以使用4對走線，從而只需便宜的接插件，采用更小的封裝達(dá)到成本的降低。這種演進(jìn)不僅是接口走線的減少。下一代電視里，除了接口走線的減少，另一方面在清晰度方面也從2K的分辨率提高到4 千線的分辨率。另外也逐漸的支持三維視頻的顯示，對于色度空間的解度由8 比特提高到10、12 比特，在此FPGA 提供更多的靈活性。廠商可以在一個硬件設(shè)上實現(xiàn)具有不同功能，可以支持多種視頻標(biāo)準(zhǔn)的不同產(chǎn)品型號。Cyclone IV FPGA 的成本也可以和專用芯片相近，成本上也有很強的競爭力。
圖2：Cyclone IV FPGA降低電視接收機視頻處理成本 Hu先生舉的另外一個例子是廣播級視頻采集卡，結(jié)構(gòu)如圖3所示。左邊是多路的視頻輸入，視頻格式可以是SD 標(biāo)清，高清和全高清的視頻輸入。這些視頻輸入通過板上的均衡器，通過外部的收發(fā)器，轉(zhuǎn)換成并行信號引入到FPGA。采集的信號通過PCI EXPRESS 和主機PC 通信。在下一代的視頻采集卡的產(chǎn)品當(dāng)中，大家可以看到，通過Cyclone IV FPGA 可以集成所有的包括PCIE 橋接的所有收發(fā)器，可以節(jié)省30%的系統(tǒng)成本。
圖3：Cyclone IV FPGA降低視頻采集成本 |
