中低密度FPGA再演双雄会，“洪荒之力”都往哪儿使？

通信和工业市场是低功耗中阶FPGA理想的应用领域，它们要求更高的吞吐量和额外的接口，同时保持相同的功耗和外形尺寸。为此，美高森美公司(Microsemi)日前推出了全新成本优化的PolarFire FPGA产品系列。新器件采用28纳米工艺制造，在标准的互补金属氧化物半导体(CMOS)上使用了Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon(SONOS)非易失性工艺技术。并同时集成了针对12.7Gbps性能优化的收发器，集成式I/O速率变换逻辑支持双数据速率(DDR)内存和低电压差分信号(LVDS)，高性能安全类IP，以及具有时钟和数据恢复(CDR)功能的1.6Gbps I/O。

PolarFire FPGA是Microsemi首次进入中等密度市场所推出的产品，试图通过提供比竞争对手具有更低功耗和更多成本优化的方案一举击败对手，其目标市场包括：通信领域(有线接入、网络边缘、1-40G城域、无线异构网络、无线回程、智能光学模块和视频广播)；国防和航空航天市场(加密和信任根、安全无线通信、雷达和电子战、飞机网络、推进和控制)；以及工业市场(流程控制和自动化、机器视觉处理和分析、可编程逻辑控制器、工业网络、视频和图像处理)。

下图是Microsemi公司系统级芯片产品组副总裁兼业务部经理Bruce Weyer提供的中等规模FPGA器件市场状况，但他可能低估了对手的实力。就在PolarFire FPGA发布不到一个月的时间内，英特尔公司迅速发布了其最新的Cyclone 10系列FPGA产品—Cyclone 10 GX和Cyclone 10 LP，采用台积电20纳米工艺生产，同样将应用领域锁定汽车、工业自动化、专业视听和视觉系统等领域。

根据英特尔可编程解决方案事业部副总裁Alex Grbic的介绍，Cyclone 10 GX支持10G收发器和硬浮点数字信号处理。相比前代Cyclone，它可将性能提升2倍。实施IEEE 754单精度硬化浮点数字信号处理模块中的架构创新支持高达134 GFLO(每秒千兆浮点操作数)的处理速率。注重高I/O性能和核心速度的工业机器视觉、智能城市(监控停车场、道路和桥梁)、专业视听、电机驱动等应用是Cyclone 10 GX重点关注的市场。

相比之下，Cyclone 10 LP更倾向于那些视成本和功耗为设计决策关键要素的应用，它们通常使用FPGA密度(sub 75K LE)和芯片到芯片桥接函数，以实现在电子组件或微处理器的I/O扩展。此外，Cyclone 10 LP还可用于后视摄像头和传感器融合中的汽车视频处理，帮助更全面了解车辆行驶情况。

Cyclone 10系列同样注重产品性能的提升

让我们再来看看PolarFire FPGA的具体性能。其内置的12.7Gbps收发器由Microsemi与Silicon Creations联合研制，据称能将10Gbps的总体功耗降低至90mW以下。Bruce Weyer强调说，PolarFire器件具有同级最低的静态功耗，例如100K逻辑单元(LE)器件为25mW；零浪涌电流；独特的Flash Freeze模式，在25度下130mW的待机功耗为同级最佳。对于相同的应用，其总功耗比竞争性FPGA器件降低多达50%。在实施方案之后，客户还可以使用SmartPower Analyzer功率估算器分析整个设计的功耗。

PolarFire FPGA架构

可靠性方面，PolarFire系列不但具备配置单元的SEU先天免疫能力，还内置了单错校正和双错检测(SECDED)、大型静态随机存取存储器(LSRAM)的交叉存取，以及针对安全关键性设计的系统控制器暂停模式。

通过提供具有Cryptography Research Incorporated (CRI)专利的差分功率分析(DPA)位流保护功能、物理不可克隆功能(PUF)、56KB嵌入式非易失性存储器(eNVM)、内置篡改检测器和对策、随机数发生器、Athena TeraFire EXP5200B Crypto协处理器(Suite B功能)，以及CRI的DPA应对策略的授权许可，PolarFire FPGA器件大幅提升了自己的安全特性。

Libero SoC设计套件提供了全面并且易于学习使用和采纳的开发工具，用于提高PolarFire FPGA器件的设计效率。这款套件包含完整的设计流程，包括Synopsys Synplify Pro综合和Mentor Graphics ModelSim Pro混合语言仿真，带有约束管理，以及美高森美差异化的调试套件SmartDebug。目前，1G 以太网、10G 以太网、JESD204B、DDR 内存接口、AXI4 互联IP以及其它流行IP已经可以在PolarFire器件上部署。

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