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作者：郭慶春 來(lái)源：嵌入式公社 近日，FPGA領(lǐng)先廠(chǎng)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(chǎng)的推廣，公司產(chǎn)品及企業(yè)市場(chǎng)副總裁Vince Hu先生專(zhuān)程來(lái)到北京，向媒體詳細介紹了新產(chǎn)品的特點(diǎn)和應用。 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用。Altera期望以Cyclone FPGA替代目前的ASIC或ASSP。Hu先生說(shuō)，與ASSP相比，FPGA器件具有許多優(yōu)勢。以工業(yè)以太網(wǎng)應用為例，FPGA供貨時(shí)間持久，而ASSP則不會(huì )超過(guò)20年，但工業(yè)設備的壽命卻往往超過(guò)這個(gè)長(cháng)度。如果采用ASSP，用戶(hù)必須備有大量庫存，這將對公司財務(wù)構成很大的壓力。如果客戶(hù)引進(jìn)新的技術(shù)，比如重新改版，采用ASSP也會(huì )增加很大的成本開(kāi)銷(xiāo)。而FPGA則非常靈活，因為它支持多種主流協(xié)議。即使從短期系統成本上看，采用低成本的FPGA也與采用ASSP相當。 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(kāi)始量產(chǎn)發(fā)售。該系列非常適合無(wú)線(xiàn)、固網(wǎng)、廣播、工業(yè)和消費類(lèi)領(lǐng)域的低成本、小外形封裝應用，如手持式軟件無(wú)線(xiàn)電、視頻和圖像處理設備以及無(wú)線(xiàn)客戶(hù)前端設備等。 Cyclone IV GX FPGA包括150K邏輯單元（LE）、6.5M RAM、360個(gè)乘法器以及8個(gè)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，據稱(chēng)是業(yè)界最小的收發(fā)器FPGA，功耗比以前的Cyclone產(chǎn)品低25%，系統成本比不帶收發(fā)器的FPGA低30%。 Cyclone IV GX FPGA 是在現有Altera現有Cyclone 系列的擴展，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(jiàn)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用，如工業(yè)以太網(wǎng)、消費類(lèi)視頻等，而Stratix IV主要是有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通信應用，對于性能、速度上都是最高的要求，收發(fā)器數目也要求很高。 Hu先生介紹說(shuō)，市場(chǎng)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )需要提供更高的接入帶寬。而亞洲、拉美這些經(jīng)濟增長(cháng)的地區，對于3G 業(yè)務(wù)的需求是不停的增長(cháng)，同時(shí)對成本要求更低。在消費類(lèi)的視頻顯示領(lǐng)域，一方面新的技術(shù)在不斷出現（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(lái)越低。在過(guò)去的兩年里，這種最終視頻產(chǎn)品價(jià)格不斷下降（高清液晶電視的價(jià)格下降了60%），要求廠(chǎng)商尋找更便宜的芯片解決方案。在工業(yè)以太網(wǎng)應用領(lǐng)域，工業(yè)以太網(wǎng)需要支持各種不同的標準，而標準ASSP不能提供這些支持，已有的專(zhuān)用芯片或者定制的ASIC 成本上可以滿(mǎn)足這種目標，但靈活性差，不能支持不斷演進(jìn)的多種標準。另外，專(zhuān)用芯片的停產(chǎn)問(wèn)題也限制其在工業(yè)上的應用。 Hu先生稱(chēng)，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(gè)收發(fā)器性能達到11.3G 的STRATIX IV GT FPGA，今年下半年推出中端的ARRIA II GX FPGA，現在又推出了Cyclone IV。 
圖1：Altera帶收發(fā)器的FPGA產(chǎn)品 Cyclone IV FPGA最大可以達到150K邏輯單元，通過(guò)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(shuō)，因為從性能上看，60nm 低功耗工藝已經(jīng)能夠達到目標。60 納米非常成熟，成品率其實(shí)已經(jīng)到了很理想的狀態(tài)，所以成本低、量產(chǎn)快。為了簡(jiǎn)化整個(gè)系統的設計，Cyclone IV GX只需要兩個(gè)供電電源（分別為內核和收發(fā)器供電）。另外選擇Wirebond 的封裝以降低成本。 Cyclone IV FPGA 在低功耗、低成本方面達到了新的水平。Cyclone IV FPGA 15K邏輯單元的帶收發(fā)器的FPGA批量?jì)r(jià)格（250K 片）可以低至6 美元，可以應用到廣播視頻采集設備以及工業(yè)以太網(wǎng)。 Hu先生以液晶電視為例來(lái)說(shuō)明帶有收發(fā)器的Cyclone IV FPGA如何降低了系統成本。圖2中的上半部是普通液晶電視的框圖。左邊是信號的調諧部分，得到的視頻信號經(jīng)過(guò)一組36 對的LVDS線(xiàn)傳遞到后面的面板上，處理芯片可以是ASIC，也可以是FPGA。這個(gè)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(zhù)封裝里提供這么多引腳，整個(gè)封裝成本也是比較高的。隨著(zhù)接口標準演進(jìn)，現在可以采用一種稱(chēng)為稱(chēng)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(xiàn)，從而只需便宜的接插件，采用更小的封裝達到成本的降低。這種演進(jìn)不僅是接口走線(xiàn)的減少。下一代電視里，除了接口走線(xiàn)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(xiàn)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(chǎng)商可以在一個(gè)硬件設上實(shí)現具有不同功能，可以支持多種視頻標準的不同產(chǎn)品型號。Cyclone IV FPGA 的成本也可以和專(zhuān)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(gè)例子是廣播級視頻采集卡，結構如圖3所示。左邊是多路的視頻輸入，視頻格式可以是SD 標清，高清和全高清的視頻輸入。這些視頻輸入通過(guò)板上的均衡器，通過(guò)外部的收發(fā)器，轉換成并行信號引入到FPGA。采集的信號通過(guò)PCI EXPRESS 和主機PC 通信。在下一代的視頻采集卡的產(chǎn)品當中，大家可以看到，通過(guò)Cyclone IV FPGA 可以集成所有的包括PCIE 橋接的所有收發(fā)器，可以節省30%的系統成本。
圖3：Cyclone IV FPGA降低視頻采集成本 |
