借助PowerSmart通用FPGA推进“无处不在的Actel”战略

FPGA，便携设备市场上也是较佳元器件

　　近年来，以手机为代表，便携式数字音频播放器、数码相机及数码摄像机、PDA等移动产品市场取得了长足发展。支撑这一发展的正是在半导体元器件的高性能化，以及在此基础上，半导体元器件小型化、低耗电化以及低成本化的结果。

　　在迅速发展的移动产品市场上，要想确保竞争力，必需进一步实现高性能化和更低耗电化，以及灵活应对较短的产品寿命周期及规格更新的要求。 

图1　Actel的PowerSmart解决方案

　　“作为满足移动产品市场这一需求的元器件，ASIC的风险大且缺乏灵活性，而微控制器以及DSP则在耗电量及性能方面稍显逊色。另外，CPLD的规模较小且性能贫乏，而且耗电量也不够小。与此相比，FPGA由于能够以可编程方式生成硬件电路，因此，可同时实现高性能化及低耗电化。另外，由于可在短期内完成开发等，因此我们认为，FPGA也是移动产品市场的较佳元器件”，美国Actel公司董事长兼首席执行官John East力推FPGA。

　　Actel是开发及提供“ProASIC系列”、“Fusion”、“IGLOO”等闪存FPGA以及“Axcelerator”、“eX”、“sSX-A”、“MX”等Antifuse FPGA器件的FPGA厂商。除了致力于元器件本身的低耗电化之外，还提供低耗电IP、设计工具以及用于电力和系统管理等综合性低耗电化的解决方案（图1）。

　　“我们用PowerSmart这个词来体现Actel所做的工作。本来，这个词指的是低耗电IP，现在我们将其用于更大的概念。也就是说，我们提供PowerSmart元器件及开发PowerSmart系统的解决方案”（John East）。

提供与闪存相同结构的“闪存FPGA”

　　元器件本身的低耗电化，其根源在于Actel的FPGA是“闪存FPGA”。

　　一般来说，可擦写的FPGA分为结构与闪存相同的“闪存FPGA”以及结构与SRAM相同的“SRAM FPGA”。

　　“SRAM FPGA由于需要保存数据所以需要较多电流，启动时的启动电流也较大，所以其耗电量比闪存FPGA大。另外，构成SRAM时需要较多的晶体管，因此，漏电流也必然增大。相反，闪存FPGA由于无需用于保存数据的电流，晶体管数量也较少，因此，可降低泄漏电流”（John East）。

　　另外，SRAM FPGA每次启动系统时必须有生成电路的可重构功能。因此，需要另外准备保存重构数据的闪存。而另一方面，闪存FPGA不仅无需外设闪存，而且由于不需要重构，可通过Live At Power Up（插入电源后立即运行）来缩短系统的初始化时间，John East如此介绍说。

凭借0.12mW的静态电流大大延长电池寿命

　　作为闪存FPGA，Actel目前提供ProASIC系列产品、Fusion和IGLOO。

　　其中较新产品为“IGLOO”产品群。该产品群以基于130nm工艺、Actel的第三代闪存FPGA——ProASIC3闪存FPGA为基础，进一步实现了低耗电化。

　　电源电压除了1.5V运行模式之外，还新增加了1.2V运行模式。另外，凭借Flash*Freeze模式、低耗电主动模式（Active Mode）、睡眠模式这三种低耗电模式，实现了极低的耗电性能。尤其是在Flash*Freeze模式下，实现了5μW的超低耗电量。可以说是PowerSmart特点的真正体现。

　　IGLOO较大可支持：系统门（System Gate）数300万、504kbit双端口SRAM、6个PLL、616个用户I/O。

　　“比较100万门电路FPGA的静态电流，可以发现，号称低耗电的基于其他公司SRAM的FPGA为40mW～150mW，而IGLOO仅为0.12mW，即仅消耗前者1/300～1/500的电力”（John East）。

　　绝对低的静态耗电量，对于待机时间较多的多功能手机（Smart Phone）及手机的电池寿命来说，都将带来极大的益处（图2）。

图2　智能手机使用各种元器件时的电池寿命对比
使用闪存FPGA的IGLOO时，由于静态电流极小，可大幅延长手机的电池寿命

为IGLOO而较优化开发的ARM Cortex-M1内核

　　Actel在2007年10月发布了推进PowerSmart元器件战略的产品：面向IGLOO进行了较优化的ARM Cortex-M1内核、以及支持ARM Cortex-M1内核的IGLOO元件“M1 IGLOO”。

　　面向IGLOO进行了优化的ARM Cortex-M1内核，实现了在静态模式（Static Mode）下24μA、睡眠模式下3μA的极低耗电性能。此外，在Flash*Freeze模式下，可在保存SRAM及寄存器数据的同时，很容易地过渡或复位到低耗电模式，并可将漏电流降至20μA。

　　“低耗电的Cortex-M1处理器嵌入到同样为低耗电的IGLOO元件中，将成为兼具成本、耗电、占用空间（Footprint）、设计方便性等多种优势的One Chip Solution。此外，在Actel的FPGA中，使用这种由Actel进行了较优化的Cortex-M1时，完全无需支付ARM内核的技术授权费及使用费”（John East）。

　　如上所述，推进FPGA解决方案，正是Actel采取“Actel无处不在”战略的一环。

　　“竞争对手中，有的FPGA厂商提供牺牲电力性能，以便在特定用途发挥高性能的元器件。相反，Actel则能够提供PowerSmart、而且可广泛应用的FPGA。唯其如此，我们的产品在所有类别产品中凡是需要FPGA的，都被大量采用”（John East）。

　　今后，Actel将继续通过开发及提供PowerSmart的通用FPGA，大幅拓展FPGA的应用范围，为系统的低耗电化、小型化以及高性能化作出贡献。

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