詳解FPGA中的電源管理創(chuàng)新分析介紹

到2019年，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從2012年的51億增至近90億美元。FPGA需求增長(zhǎng)部分源于不斷蠶食ASIC（專用集成芯片）市場(chǎng)。ASIC是采用訂單生產(chǎn)方式的半導(dǎo)體芯片，而FPGA則（也半導(dǎo)體器件）可以被重新編程，在成品售出后基本上還似如白紙、一字未寫。FPGA廣泛應(yīng)用于電信、工業(yè)、汽車和消費(fèi)電子產(chǎn)品。 FPGA是設(shè)計(jì)中取代ASIC的首選，因?yàn)樵S多FPGA價(jià)格已經(jīng)可以和ASIC競(jìng)爭(zhēng)，而FPGA額外附加值是其極高的靈活性。但FPGA的劣勢(shì)是設(shè)計(jì)時(shí)使用較為復(fù)雜，周邊邏輯和支持可能沒有現(xiàn)貨。下面由我來詳細(xì)解釋。

十年前，賽靈思的Virtex-4和Spartan-3，以及Altera的Stratix-II才剛上市，而我則在TI工作，負(fù)責(zé)與領(lǐng)先的FPGA制造商合作，為我們的客戶提供電源管理解決方案。多電源軌、加電順序、嚴(yán)格公差、瞬態(tài)響應(yīng)、系統(tǒng)可靠性、總方案成本以及尺寸大小等等都是我們關(guān)注的問題。我們的高效團(tuán)隊(duì)最終給出了業(yè)界第一份FPGA電源方案參考設(shè)計(jì)指南，以及基于參考設(shè)計(jì)的大量TI評(píng)估模塊。這些模塊也經(jīng)常集成在FPGA實(shí)體開發(fā)板中。同時(shí)也有提供合作應(yīng)用筆記。TI的技術(shù)超前，甚至開發(fā)出特別針對(duì)FPGA電源管理需求的三供電電源IC，TPS75003。即便如此，有時(shí)我們也無法完成公司的預(yù)定目標(biāo)，沒能幫助客戶實(shí)現(xiàn)最佳方案。比如價(jià)值10000美元的FPGA與價(jià)值10~100美元的電源管理芯片之間的銷量不匹配，其中后者需求更多，還需用于開發(fā)驗(yàn)證。

Altera公司也意識(shí)到電源管理的重要性，因?yàn)樗沙洚?dāng)FPGA用戶的戰(zhàn)略差異點(diǎn)，所以去年5月，Altera公司以1.41億美元的價(jià)格收購(gòu)了80名員工的創(chuàng)新電源管理IC公司Enpirion。帶來的直接結(jié)果是，發(fā)布了新款A(yù)ltera FPGA電源參考設(shè)計(jì)，基于Enpirion DC-DC轉(zhuǎn)換器對(duì)電源做了優(yōu)化。作為交鑰匙模式的電源方案，該參考設(shè)計(jì)功率效率提升高達(dá)35 %，節(jié)省電路板空間多達(dá)五成，相比于競(jìng)品電源方案，可降低近一半的大容量電容成本。Altera針對(duì)Cyclone VSoC的參考設(shè)計(jì)目前已經(jīng)可以下載，而貿(mào)澤則提供用于硬件演示的DK-DEV-5CSXC6N開發(fā)套件。隨后將出現(xiàn)針對(duì) Stratix V, Arria V 和 Cyclone V FPGA的電源參考設(shè)計(jì)。更進(jìn)一步，如果Altera可以利用Enpirion的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，來進(jìn)一步優(yōu)化FPGA自身的電源管理（比如降低電源軌道數(shù)量），相比目前的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化，這種結(jié)果也將具備真正的顛覆性。