作者:周志明
3月5日,在深圳率先召開(kāi)的第十二屆國(guó)際集成電路研討暨展覽會(huì)(IIC China 2007)上,可編程邏輯解決方案供應(yīng)商賽靈思(Xilinx)公司宣布,面向平板電視、數(shù)字機(jī)頂盒和移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施等大批量、低成本的邊緣應(yīng)用,推出新的Spartan-3AN FPGA平臺(tái),從而進(jìn)一步拓展其多平臺(tái)戰(zhàn)略。
這是賽靈思公司首次進(jìn)入非易失性FPGA市場(chǎng)。雖然在此之前Altera和Lattice等公司早已推出各自的非易失性FPGA,如Stratix II和LatticeXP等,但賽靈思公司亞太區(qū)市場(chǎng)營(yíng)銷總監(jiān)鄭馨南和亞太區(qū)通用產(chǎn)品部總監(jiān)張宇清坦承,雖然賽靈思并非第一個(gè)推出非易失性FPGA,但他們強(qiáng)調(diào),Spartan-3AN是業(yè)界第一款高集成度的非易失性FPGA,主要“靠高集成度優(yōu)勢(shì)”來(lái)在這個(gè)市場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)“后發(fā)先制”。
采用系統(tǒng)級(jí)封裝的非易失性FPGA解決方案
Spartan-3AN FPGA采用90nm先進(jìn)工藝,將基于SRAM的FPGA和非易失性FPGA這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)融于一身。據(jù)介紹,這款FPGA采用系統(tǒng)級(jí)封裝,片上集成了大容量的閃存。該閃存采用130nm工藝制造,來(lái)自業(yè)界某領(lǐng)先閃存供應(yīng)商,但具體名稱該公司不愿對(duì)外披露。對(duì)于賽靈思為什么沒(méi)有融合65nm工藝FPGA和采用更先進(jìn)工藝制造的閃存的問(wèn)題,鄭馨南解釋說(shuō),主要是因?yàn)椴捎?0nm工藝的FPGA已經(jīng)非常成熟,良率較高,相應(yīng)的對(duì)于閃存來(lái)說(shuō),目前130nm工藝也可實(shí)現(xiàn)極佳的良率和成本平衡點(diǎn),而這些特性對(duì)于該公司所面向的大批量、低成本應(yīng)用而言,顯得非常重要。
對(duì)于所謂的“靠高集成度優(yōu)勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)后發(fā)先制”,張宇清解釋說(shuō),Spartan-3AN內(nèi)建了乘法器、數(shù)字時(shí)鐘管理器、大容量用戶閃存、塊RAM和分布式RAM,其中內(nèi)建乘法器可用于實(shí)現(xiàn)無(wú)線和移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的計(jì)算功能,數(shù)字時(shí)鐘管理器可用于處理顯示和機(jī)頂盒等所需的多個(gè)時(shí)鐘和接口域,而相關(guān)的閃存和RAM可在平板電視、DVD播放機(jī)和醫(yī)療設(shè)備等消費(fèi)應(yīng)用中用于系數(shù)存儲(chǔ)和嵌入式操作。
其中在閃存方面,賽靈思強(qiáng)調(diào),其用戶可用閃存容量多達(dá)11Mb,其可擦寫(xiě)次數(shù)多達(dá)10萬(wàn)次,據(jù)稱超過(guò)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手1,000多倍；此外,其閃存技術(shù)可令數(shù)據(jù)保持時(shí)間處長(zhǎng)至20年。此外,這款FPGA據(jù)稱也是業(yè)界唯一支持26種I/O標(biāo)準(zhǔn)的非易失性FPGA,除了支持用于平板顯示的LVDS接口、用于FPD鏈路的PPDS和RSDS接口、PCI和PCI-X接口、DDR2 SDRAM接口、DDR SDRAM接口等,還在業(yè)界唯一支持迷你型LVDS、TMDS和PPDS等接口。
此外,為了幫助降低功耗,這款FPGA還提供了靈活的電源管理模式,據(jù)稱也是第一個(gè)提供雙電源模式管理的90nm非易失性FPGA。在待機(jī)模式中,其靜態(tài)功耗可降低40%,而快速喚醒時(shí)間短于100毫秒,適合于低占空比的顯示應(yīng)用。而在休眠模式中,靜態(tài)功耗降低多達(dá)99%,喚醒時(shí)間也短于100毫秒,適合于按次付費(fèi)(Pay-Per-View)的數(shù)據(jù)傳輸,如網(wǎng)絡(luò)電視等應(yīng)用。
靈活的低成本設(shè)計(jì)安全性
在反向工程和克隆以及非授權(quán)重構(gòu)日趨增多的今天,賽靈思公司強(qiáng)調(diào),其Spartan-3AN平臺(tái)提供的一系列器件安全性功能可以保護(hù)設(shè)計(jì)免受反向工程設(shè)計(jì)、克隆以及非授權(quán)重構(gòu)等行為所帶來(lái)的危害。基于賽靈思公司的Device DNA技術(shù),為合法設(shè)計(jì)認(rèn)證和保證靈活的設(shè)計(jì)級(jí)別安全性提供了低成本的有效機(jī)制。設(shè)計(jì)人員擁有完全的靈活性,可以定制認(rèn)證以及認(rèn)證失敗響應(yīng)方面的算法。利用其嵌入式閃存資源,Spartan-3AN平臺(tái)還可以將所有配置通信都隱藏在器件內(nèi)部,使得破解FPGA中所包含的設(shè)計(jì)變得極為困難,從而進(jìn)一步提高了設(shè)計(jì)的安全性。
Spartan-3AN平臺(tái)的先進(jìn)閃存技術(shù)將DeviceDNA技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)新的高度,提供了工廠預(yù)設(shè)的閃存ID和閃存用戶字段。工廠預(yù)設(shè)閃存ID與Device DNA串行碼極為相似,每片閃存器件的工廠預(yù)設(shè)ID都不同,64字節(jié)長(zhǎng)的預(yù)設(shè)ID可以讀取并添加到認(rèn)證算法中。閃存用戶字段是一次性可編程的64字節(jié)閃存字段,可用來(lái)存儲(chǔ)認(rèn)證結(jié)果。用戶字段還可用于存儲(chǔ)版本跟蹤序列號(hào)或系統(tǒng)中永遠(yuǎn)不會(huì)改變的用戶數(shù)據(jù)常數(shù)。
特別值得一指的是,Spartan-3AN支持新的“先試用后購(gòu)買(mǎi)”的IP業(yè)務(wù)模式,將這種在軟件行業(yè)風(fēng)行的業(yè)務(wù)模式也帶入到了可編程邏輯行業(yè)。具體而言,該公司可提供限時(shí)評(píng)估和功能限定評(píng)估這兩種模式。在限時(shí)評(píng)估方面客戶可以在采用該FPGA開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品中設(shè)定自定義的加密算法,將產(chǎn)品進(jìn)一步提供給其下游客戶試用,在一定期限之后,如果下游客戶沒(méi)有付費(fèi)的話,系統(tǒng)就可以自動(dòng)將全部功能禁用,相當(dāng)于啟動(dòng)“時(shí)鐘炸彈”；而在功能限定模式中,張宇清舉例說(shuō),現(xiàn)在很多公司可能會(huì)將自己開(kāi)發(fā)的機(jī)頂盒產(chǎn)品交由代工廠商制造,這其中涉及到其技術(shù)機(jī)密不希望代工廠商知道,但又需要將產(chǎn)品提供給代工廠制造,在這種情況下,機(jī)頂盒開(kāi)發(fā)商就可以預(yù)先設(shè)定部分基本功能可讓代工廠測(cè)試使用,而某些機(jī)密部分的功能則可以鎖定起來(lái),從而避免或降低知識(shí)產(chǎn)權(quán)被盜用的風(fēng)險(xiǎn)。
供貨情況
利用ISE 9.1i設(shè)計(jì)工具套件和Spartan-3系列產(chǎn)品專用IP庫(kù),客戶立即可以開(kāi)始設(shè)計(jì)采用Spartan-3AN FPGA的系統(tǒng)。其中,XC3S200AN、XC3S700AN和XC3S1400AN器件的工程樣品現(xiàn)在即可提供,所有五種器件將于2007年3季度投入生產(chǎn),2007年末開(kāi)始大批量生產(chǎn)。在25萬(wàn)零售批量時(shí), 3S200AN-4FT256C Spartan-3AN (4000多邏輯單元和195個(gè)I/O)的銷售單價(jià)為4.90美元,從而將成為全球第一款提供4Mb用戶閃存的集成FPGA產(chǎn)品,而價(jià)格不到5美元。
圖1:鄭馨南
圖2:用戶定義的設(shè)計(jì)認(rèn)證流程
圖3:Spartan-3AN
（電子工程專輯）
