Altera力推40纳米FPGA产品，加剧产业科技竞赛

自FPGA诞生以来，该技术的发展基本上就像是两大可编程逻辑巨头-Altera和赛灵思(Xilinx)之间的一场科技竞赛。“你方唱罢我登场”，距赛灵思高调推出其65nm旗舰产品Virtex-5 FXT仅一月之余，日前，Altera公司也发布了其首款40纳米产品Stratix IV FPGA和HardCopy IV ASIC，据称使用这两个系列可实现一类新的单芯片多内核器件和相关的复杂器件。另据该公司报道，其最新推出的Quartus II软件v.8.0对高端FPGA的编译速度是对手最新产品的三倍。

“在40纳米，你甚至可以把几百个内核放在同一个FPGA器件上，”Semico公司的分析师Rich Wawrzyniak指出，“当然，人们不会这样做。但如果看到在一个FPGA内包含8个或16个内核，没人会感到奇怪。”

Stratix IV FPGA系列采用台积电(TSMC) 40纳米工艺制造，包括两个型号，增强型具有丰富的存储器和DSP功能的E系列，以及带有收发器的增强型GX系列。Stratix IV GX FPGA的48个收发器工作在8.5 Gbps，为PCI Express (PCIe) Gen 1和2提供硬核支持，并支持包括Serial RapidIO、XAUI (包括DDR XAUI)、CPRI (包括6G CPRI)、CEI 6G、Interlaken和以太网等在内的多种协议。Altera预计将于2008年第四季度提供Stratix IV工程样片，HardCopy IV ASIC将于2009年第三季度开始接受客户投片。

图1 Stratix IV /HardCopy IV逻辑门数量与ASIC平均逻辑门数量对比

目前，业界普遍认为45/40纳米是一个重大工艺节点。由于很多已经用于65纳米工艺的技术，例如三栅极技术、应变硅技术、多阀值&可变长度晶体管、低K介质和铜互连技术，同样适用于45/40纳米工艺，因此晶体管的性能和集成度还能够继续得到大幅提升。

尽管45/40纳米工艺会带来高价值，但它也同时带来了更多的挑战。赛灵思公司高性能产品部产品营销总监Chuck Tralka认为，从技术层面来看以下几点将成为关键：沉浸光刻技术，例如提高关注度，避免微气泡和水残留缺陷；高级高K门电介质应变技术；复杂可制造性设计工艺减少印刷模式变异；性能和功耗间对立力量的基本权衡；高级封装模拟和特性确保最佳功耗完整性。

与Altera不同，Xilinx公司一直不太愿意讨论其下一个节点计划，即使目前大部分设计活动都投向65纳米，该公司仍坚持认为90纳米FPGA依然是重要的收益来源。新制程在2008年量产会带来高风险，这集中体现在：1.生产设备可靠性和精密度的问题；2. 重大的芯片/器件模型匹配问题；3. 高冲模不良率；4. 覆盖统计变化的制程边界数据的缺失。Tralka强调说：“在适当的时候推出适当的技术，是赛灵思能够在高端FPGA产品中占有较大市场份额的重要原因之一。”

当然，Altera不同意Xilinx的判断。Altera 公司资深市场副总裁Jordan Plofsky表示，Altera高端65纳米Stratix III在2008年第一季度发货量跃升了198%，在未来的一段时间里Altera还将继续销售Stratix III，但“我们的用户希望我们在工艺技术方面更具进攻性”。他进一步解释说，开发45/40纳米产品，对厂商在成本、工艺、设计、制造等多方面都提出了极高的挑战，解决这个难题的唯一方法就是芯片厂商和代工厂之间展开更紧密的合作，因此Altera和台积电“1+1排他性”的合作模式堪称业界典范。因为如果采用几家代工合作伙伴，由于担心各自的IP问题，彼此之间将很难达到无缝协作。

Wawrzyniak猜测Xilinx公司的45/40纳米产品不久就会面世，并进一步指出，该市场目前尚处在早期，预计下一个节点器件在今年将只占有整个FPGA产量的1、2或3%。

他补充说，Altera的新型FPGA和ASIC确实非常优异，但同时可以肯定，这些器件一定价格不菲。

来自Xilinx公司的推测说，Altera之所以大力推进40纳米开发可能是因为其65纳米产品在市场上表现不佳而要改变发展方向。Xilinx日前曾公开表示，其65nm Virtex-5系列中的15款器件已实现量产，不但在市场方面取得了15个月的技术领先，还使自身在高端FPGA领域的市场份额达到了98%。另据透露，赛灵思即将推出的45纳米FPGA产品，可以将闪存、嵌入式处理器等其他器件进行整合，实现混合工艺与混合电压，让FPGA 变成一块“虚拟母板”，工程师可以直接进行混合信号的设计。

Altera公司技术开发副总裁Mojy Chian对此解释说，过去几年客户对性能、成本和功耗需求的优先级发生了变化。2000年左右，客户最关心性能，其次是功耗，最后是成本，但是现在客户最关心成本，其次是功耗，最后才是性能。正因为如此，在65纳米节点时，Altera推出的首个器件就是低成本低功耗FPGA，是客户真正需要的产品。

他同时强调，Altera在65纳米上引入了可编程功耗技术，从而比对手更有效地降低了总功耗；其次，Altera的90纳米器件中就已经集成了业界领先的高速串行收发器。因此，单纯的市场份额比较是没有意义的。

其实，无论采用何种工艺，客户真正需要的是具有更高系统性能以及带宽的产品架构、更好的性能整合、以及更灵活高效的系统设计。也许我们可以大胆地预测，在45/40nm工艺时代，FPGA将不仅仅只适合做原型开发，可编程器件将在嵌入式设计领域担纲更为重要的角色。

作者：邵乐峰 马立得