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晶片價格飛漲? 嵌入式FPGA正逢其時
作者:Andy Jaros，Flex Logix IP業務與行銷副總裁
EDN評論
當今的晶片設計市場競爭 變得非常激烈，再加上半 導體製造成本高漲，無怪 乎嵌入式現場可程式邏輯 閘陣列(eFPGA)市場正開 始起飛。
eFPGA也變得更高度可靠且 易於整合，這就是為什麼它成為晶 片設計人員工具箱中最重要的工具 之一。例如，Flex Logix最近合作 的一家公司，在不到兩個半月的 時間就成功地以鰭式場效電晶體 (FinFET)製程投片(tape-out)。 而且，更重要的是「首次投片即成 功」。這是晶片設計領域的一個重 要因素，因為eFPGA最終可以節省 數百萬美元，同時提供前所未有的 靈活性。
許多人可能認為eFPGA就像 是諸如Xilinx和Altera等廠商所 提供的傳統FPGA，事實並非如 此。雖然二者在技術上類似，但 eFPGA不需要串列器/解串列器 (SERDES)和實體層(PHY)，因而晶 片訊號的發送非常快速。雖然密度 也很相似，但是有些eFPGA平台比 其它平台更好得多，因此設計人員 需要做好功課，貨比三家，才能找 到最佳的平台。真正的區別在於 使用者。FPGA晶片主要是由系統 公司所使用，其中有些公司的使用 量相當龐大。另一方面，eFPGA主 要用於晶片設計公司，因為他們需 要將少量類似FPGA的靈活性整合 於其晶片中。
FPGA在可程式的互連結構 中結合了一組可程式/可重配置 的邏輯區塊陣列。而以FPGA晶 片來看，晶片的外緣是由通用輸 出輸入(GPIO)、SERDES以及諸 如DDR3/4等專用的PHY組合而 成。在高階的FPGA中，輸入/輸出 (I/O)環大約是晶片的四分之一大 小，而「結構」(fabric)大約是晶片 的四分之三大小。在現今的FPGA 晶片中，「結構」本身大部份是互 連，其中20%到25%的結構區是 可程式邏輯，而75%到80%是可 程式互連。
事實上，根據市場研究公 司Allied Market Research預 計，2024年eFPGA授權費收入將 增加到3億美元，這代表未來5年 每年將以50%以上的年複合成長 率(CAGR)增加。原因在哪裡呢?簡 單地說，隨著產業邁向更複雜且昂 貴的製程節點，eFPGA已經成為晶 片設計的一個重要因素。
選擇FPGA還是eFPGA?
簡言之，eFPGA是一種FPGA 結構，沒有周邊GPIO、SERDES 和PHY。反之，eFPGA使用標準的 數位訊號連接至晶片的其餘部份， 進而達到非常廣泛且非常迅速的 晶片上互連。
使用eFPGA進行設計，讓晶片 設計師不再受制於暫存器傳輸級 (RTL)被凍結的處境，而是可以靈 活地在晶片生命週期的任何時刻 進行更改，甚至在客戶系統中亦是 如此。如此能夠免去許多昂貴的晶 片旋轉塗佈製程，並使設計人員能 夠使用相同的晶片解決許多客戶和 應用問題。
由於eFPGA可以從數百到數 百萬個查找表(LUT)中擴充，系統 單晶片(SoC)設計人員可以準確地 選擇需要多少重新配置能力，而且 在很多情況下可以將多個eFPGA 分配到整個晶片中的所需之處， 而不是在單一大型區塊中。此外， 在其中使用高功耗FPGA的某些 系統現在可以整合到SoC中，以 達到更低的成本、更低的功耗和 更高的速度。
此外，eFPGA還能夠進一步 延長了晶片和系統的使用壽命，讓 設計人員更能夠因應協議和標準 的變化來更新其晶片。
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