FPGA市场再迎新玩家，这次瞄准了超低功耗

尽管经历了收购和洗牌等一系列事件，FPGA市场依然处于一个相对来说被垄断的局面，Intel(Altera)、Xilinx、Microchip（Microsemi）和Lattice等厂商基本瓜分完了这个市场。想要切入这一市场，绝非一件易事。而老牌半导体大厂瑞萨电子却在近日宣布，将推出ForgeFPGA产品家族，正式进军FPGA市场。
 
ForgeFPGA
 
ForgeFPGA的开发团队来自Dialog收购的Silego Technology，而瑞萨电子在今年完成了对Dialog的收购后，基于Silego的GreenPAK推出了这一FPGA系列。ForgeFPGA的定位是超低功耗和低成本，主要服务于低于5000逻辑门的应用，该系列首批产品将采用1K和2K LUT的尺寸。根据瑞萨电子给出的预计，其待机功耗低于20μA（微瓦级），批量单价低于0.5美元，不过首款产品（1K LUT）预计将在2022年第二季度才会投入量产。

宏单元模式 / 瑞萨电子
 
除了硬件基于GreenPAK外，ForgeFPGA也将采用了GreenPAK一样的商业模式，软件免费下载且免收授权费。已经发布的开发软件ForgeFPGA Workshop提供新老两种开发模式，一种是基于原理图捕获开发流程的“宏单元模式”，一种是给熟知Verilog语言的工程师准备的HDL模式。
 
软件中也可以看到目前唯一ForgeFPGA产品SLG47910V的具体细节，用户对一次性可编程（OTP）非易失性存储器（NVM）进行编程，配置SLG47910V的逻辑互联、I/O引脚和宏单元创建电路设计。SLG47910V为QFN-24封装，其逻辑阵列等效于900 4-bit LUT，内嵌5kb的分布式内存和32kb的BRAM，以及一个50MHz（可运行在3.41MHz的低功耗模式）的晶振和一个锁相环PLL。目前尚不清楚ForgeFPGA采用了何种工艺，但应该用的是瑞萨电子自己的晶圆厂。
 
iCE40 UltraLite
 
同样主打超低功耗的还有Lattice的iCE40 UltraLite系列FPGA，分别是640 LUT的iCE40UL-640和1K LUT的iCE40UL-1K。两款FPGA采用40nm的制程打造，待机电流仅有35μA，等效于42μW的待机功耗。且两者均提供16-ball WLCSP和36-ball ucBGA的封装，不过只有第二种封装才有PLL。

iCE40 UltraLite / Lattice
 
iCE40 UltraLite内置56kb的BRAM和两个晶振，分别是一个10kHz的低频晶振和一个48MHz的高频晶振，前者适用于always-on应用，而后者则适合用来做唤醒。Lattice还在FPGA中内嵌了用于RGB LED的硬化PWM电路，以及用于红外LED的硬化TX/RX脉冲逻辑电路，因此可以直接与LED相连，不再需要任何外部MOSFET或缓冲器。
 
GW1NZ-ZV
 
在国内FPGA厂商高云半导体看来，需要持续运行和对系统I/O与外设实时监控的应用中，低功耗的FPGA与微控制器相比反而更有优势。因为微控制器完成同样的工作需要持续提供时钟，即便可以降低运行速度来降低功耗，但仍不可忽视。而低静态功耗的FPGA只需在一小部分逻辑单元上消耗动态功耗，其余逻辑单元做到无功耗。
 
为此，高云半导体推出了基于超低功耗的非易失FPGA GW1NZ-ZV，该FPGA采用了55nm的嵌入式Flash制程和高云的Always-on技术，在0.9V的核电压下，可以做到小于28μW的静态功耗。FPGA可以动态部署额外的资源，设计成电源管理模块，用作唤醒其他系统组件。
 
结语
 
当前市面上不少边缘和IoT应用，其实并不需要用到大尺寸的FPGA器件，低成本低功耗的小尺寸FPGA将打破过去因为成本高而被弃用的局面。瑞萨此次入局再一次把超低功耗FPGA的价格拉低，让智能手表等可穿戴设备市场也多出了FPGA发力的机会。