日前現場可編程閘陣列(FPGA)大廠Altera與賽靈思(Xilinx)相繼宣布已緊鑼密鼓展開28奈米產品研發，讓FPGA市場戰火再度升溫。不僅如此，賽靈思更透露將採用台積電與三星電子(Samsung Electronics)高效能、低功耗的28奈米製程進行生產，讓向來只與Altera合作的台積電，成為這場28奈米FPGA爭霸戰的最大受惠者。
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| 圖1 賽靈思可編程平台開發事業部資深副總裁Victor Peng表示，台積電與三星電子的高效能/低功耗製程技術，可有效降低28奈米FPGA的功耗。 |
有別於Altera堅持採用單一晶圓廠的發展理念，賽靈思一直以來則是採用多重晶圓廠的製造策略(表1)，包括聯電與東芝均是其長期配合的重要夥伴。2009年賽靈思更擴大與三星合作，利用三星45奈米製程生產低成本的Spartan-6 FPGA系列並已順利量產出貨。如今，賽靈思不僅將雙方關係進一步延伸至28奈米領域，更直搗對手黃龍，找上台積電合作，讓FPGA市場的競爭態勢有了戲劇性的轉變。
賽靈思可編程平台開發事業部資深副總裁Victor Peng(圖1)表示，對於28奈米製程節點來說，靜態功率往往是影響元件總體功耗最重要的一部分，在某些情況中更成為掌控產品成敗的關鍵。為達到最大的功率效率，製程的選擇至為關鍵，因此該公司選擇了台積電與三星電子具備高效能與低功耗的高介電層/金屬閘(High-k Metal Gate)製程技術進行下一世代FPGA開發，將靜態功耗降至最低，避免在進入28奈米製程時，犧牲產品效能與功能性。
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| 圖2 Altera產品與企業行銷副總裁Vince Hu認為，結合28奈米製程與Altera創新技術的優勢，新一代FPGA將以更高的性價比擄獲更多客戶的青睞。 |
對於賽靈思新的布局動作，市場分析師普遍認為，台積電在28奈米製程的布局大幅領先其他同業，是促成雙方合作的最大因素。至於Altera則是老神在在，Altera產品與企業行銷副總裁Vince Hu(圖2)透露，目前該公司的28奈米FPGA已在台積電晶圓廠中如期展開測試工作，預計今年下半年將可順利發布產品訊息。
值得注意的是，FPGA素來即是台積電先進製程主要的營收來源之一，因此，隨著兩大FPGA龍頭紛紛挺進28奈米技術節點，加上賽靈思的訂單挹注，台積電28奈米製程的發展不啻是吃了定心丸。
隨著網際網路環境的成熟及高畫質影音串流服務的大量出現，市場對於網路頻寬的需求已日益殷切，甚至已有電信業者提出建置傳輸率高達400Gbit/s的基礎建設計畫，這些因素在在驅動FPGA業者導入更先進的製程來生產FPGA。
導入創新技術28奈米FPGA性價比飆升
Hu指出，高畫質視訊、雲端運算、線上資料儲存與行動影音等頻寬密集型應用的快速增長，為基礎建設與終端備開發商帶來更艱鉅的新挑戰，因此，Altera不僅將發揮28奈米製程在尺寸微縮上的優勢，更在新產品中嵌入HardCopy功能區塊與28Gbit/s收發器(Transceiver)，並導入局部重新配置(Partial Reconfiguration)技術，協助客戶在嚴格的功率和成本預算內快速提高系統頻寬。
| 表1 賽靈思與Altera晶圓代工夥伴一覽表 製表者：王智弘 | |||
| 公司名稱 | 晶圓代工夥伴 | 使用製程技術 | |
| 賽靈思 | 聯電 | 90奈米、65奈米、40奈米 | |
| 東芝 | 90奈米、65奈米 | ||
| 三星 | 45奈米 | ||
| 台積電 | 28奈米 | ||
| Altera | 台積電 | 90奈米、65奈米、40奈米、28奈米 | |
所謂嵌入式HardCopy功能區塊是指將Altera獨有的HardCopy特定應用積體電路(ASIC)置入28奈米FPGA平台中，可用來強化標準或邏輯密集的功能，如介面通訊協定、特定應用程式功能，並實現專屬的客製化矽智財(IP)，讓產品設計能夠更快上市並同時降低成本和功耗。
局部重新配置功能則可讓開發人員在不影響其他部分正常運作的情形下，重新配置特定的FPGA功能區塊，這種做法不僅有助降低功耗及成本，還可提高邏輯密度效率，讓單顆FPGA支援更多應用。
此外，為提升FPGA輸入/輸出(I/O)的頻寬，Altera亦在28奈米FPGA中整合高達28Gbit/s的高速收發器，從而減少額外的外部零組件需求。Hu分析，28奈米製程雖可大幅縮小邏輯電路尺寸，但對充滿類比及混合訊號電路的I/O區塊而言幫助卻不大，而透過這些高速收發器，則可在兼顧尺寸及頻寬要求下，提升新一代FPGA的性能。
賽靈思的28奈米FPGA則是在功耗及架構上煞費苦心。賽靈思表示，相較於標準高效能製程，選擇兼具高效能與低功耗的製程可讓FPGA的靜態功耗降低50%。同時透過下一世代開發工具創新的時脈管理技術，也可降低20%的動態功耗；而局部重新配置技術，則有助工程師進一步降低33%的系統功耗與成本。
另外，賽靈思新發布的ASMBL架構，則是為了讓Spartan-6與Virtex-6 FPGA用戶順利轉移至下一世代產品進行開發，並搭配改良後的開發工具來提升生產力。
這種統一架構將可實現「插槽式IP」的願景，提高IP的再利用率，保障客戶的IP投資，從而開發出更多可滿足終端市場需求的產品線。
據了解，賽靈思28奈米基礎FPGA元件預計於2010年第四季推出；而包含基礎工具支援的ISE設計套件則將於今年6月開始供應。
可編程設計銳不可當
在ASIC設計與製造成本急遽攀高、產品生命週期大幅縮短、產業標準快速演進、軟硬體整合挑戰加劇，以及經濟環境瞬息萬變等時空背景的推波助瀾下，FPGA可編程的優勢已愈來愈受到各領域產品開發人員的青睞。隨著FPGA邁入28奈米製程世代，以及相關產品技術不斷推陳出新，FPGA取代ASIC與ASSP的可能性將大為提升。
