作者:周志明
3月5日,在深圳率先召开的第十二届国际集成电路研讨暨展览会(IIC China 2007)上,可编程逻辑解决方案供应商赛灵思(Xilinx)公司宣布,面向平板电视、数字机顶盒和移动基础设施等大批量、低成本的边缘应用,推出新的Spartan-3AN FPGA平台,从而进一步拓展其多平台战略。
这是赛灵思公司首次进入非易失性FPGA市场。虽然在此之前Altera和Lattice等公司早已推出各自的非易失性FPGA,如Stratix II和LatticeXP等,但赛灵思公司亚太区市场营销总监郑馨南和亚太区通用产品部总监张宇清坦承,虽然赛灵思并非第一个推出非易失性FPGA,但他们强调,Spartan-3AN是业界第一款高集成度的非易失性FPGA,主要“靠高集成度优势”来在这个市场上实现“后发先制”。
采用系统级封装的非易失性FPGA解决方案
Spartan-3AN FPGA采用90nm先进工艺,将基于SRAM的FPGA和非易失性FPGA这两种技术的优点融于一身。据介绍,这款FPGA采用系统级封装,片上集成了大容量的闪存。该闪存采用130nm工艺制造,来自业界某领先闪存供应商,但具体名称该公司不愿对外披露。对于赛灵思为什么没有融合65nm工艺FPGA和采用更先进工艺制造的闪存的问题,郑馨南解释说,主要是因为采用90nm工艺的FPGA已经非常成熟,良率较高,相应的对于闪存来说,目前130nm工艺也可实现极佳的良率和成本平衡点,而这些特性对于该公司所面向的大批量、低成本应用而言,显得非常重要。
对于所谓的“靠高集成度优势来实现后发先制”,张宇清解释说,Spartan-3AN内建了乘法器、数字时钟管理器、大容量用户闪存、块RAM和分布式RAM,其中内建乘法器可用于实现无线和移动基础设施设备的计算功能,数字时钟管理器可用于处理显示和机顶盒等所需的多个时钟和接口域,而相关的闪存和RAM可在平板电视、DVD播放机和医疗设备等消费应用中用于系数存储和嵌入式操作。
其中在闪存方面,赛灵思强调,其用户可用闪存容量多达11Mb,其可擦写次数多达10万次,据称超过竞争对手1,000多倍；此外,其闪存技术可令数据保持时间处长至20年。此外,这款FPGA据称也是业界唯一支持26种I/O标准的非易失性FPGA,除了支持用于平板显示的LVDS接口、用于FPD链路的PPDS和RSDS接口、PCI和PCI-X接口、DDR2 SDRAM接口、DDR SDRAM接口等,还在业界唯一支持迷你型LVDS、TMDS和PPDS等接口。
此外,为了帮助降低功耗,这款FPGA还提供了灵活的电源管理模式,据称也是第一个提供双电源模式管理的90nm非易失性FPGA。在待机模式中,其静态功耗可降低40%,而快速唤醒时间短于100毫秒,适合于低占空比的显示应用。而在休眠模式中,静态功耗降低多达99%,唤醒时间也短于100毫秒,适合于按次付费(Pay-Per-View)的数据传输,如网络电视等应用。
灵活的低成本设计安全性
在反向工程和克隆以及非授权重构日趋增多的今天,赛灵思公司强调,其Spartan-3AN平台提供的一系列器件安全性功能可以保护设计免受反向工程设计、克隆以及非授权重构等行为所带来的危害。基于赛灵思公司的Device DNA技术,为合法设计认证和保证灵活的设计级别安全性提供了低成本的有效机制。设计人员拥有完全的灵活性,可以定制认证以及认证失败响应方面的算法。利用其嵌入式闪存资源,Spartan-3AN平台还可以将所有配置通信都隐藏在器件内部,使得破解FPGA中所包含的设计变得极为困难,从而进一步提高了设计的安全性。
Spartan-3AN平台的先进闪存技术将DeviceDNA技术发展到了一个新的高度,提供了工厂预设的闪存ID和闪存用户字段。工厂预设闪存ID与Device DNA串行码极为相似,每片闪存器件的工厂预设ID都不同,64字节长的预设ID可以读取并添加到认证算法中。闪存用户字段是一次性可编程的64字节闪存字段,可用来存储认证结果。用户字段还可用于存储版本跟踪序列号或系统中永远不会改变的用户数据常数。
特别值得一指的是,Spartan-3AN支持新的“先试用后购买”的IP业务模式,将这种在软件行业风行的业务模式也带入到了可编程逻辑行业。具体而言,该公司可提供限时评估和功能限定评估这两种模式。在限时评估方面客户可以在采用该FPGA开发的产品中设定自定义的加密算法,将产品进一步提供给其下游客户试用,在一定期限之后,如果下游客户没有付费的话,系统就可以自动将全部功能禁用,相当于启动“时钟炸弹”；而在功能限定模式中,张宇清举例说,现在很多公司可能会将自己开发的机顶盒产品交由代工厂商制造,这其中涉及到其技术机密不希望代工厂商知道,但又需要将产品提供给代工厂制造,在这种情况下,机顶盒开发商就可以预先设定部分基本功能可让代工厂测试使用,而某些机密部分的功能则可以锁定起来,从而避免或降低知识产权被盗用的风险。
供货情况
利用ISE 9.1i设计工具套件和Spartan-3系列产品专用IP库,客户立即可以开始设计采用Spartan-3AN FPGA的系统。其中,XC3S200AN、XC3S700AN和XC3S1400AN器件的工程样品现在即可提供,所有五种器件将于2007年3季度投入生产,2007年末开始大批量生产。在25万零售批量时, 3S200AN-4FT256C Spartan-3AN (4000多逻辑单元和195个I/O)的销售单价为4.90美元,从而将成为全球第一款提供4Mb用户闪存的集成FPGA产品,而价格不到5美元。
图1:郑馨南
图2:用户定义的设计认证流程
图3:Spartan-3AN
（电子工程专辑）
