FPGA在市場(chǎng)上扮演了關(guān)鍵地位，與MCU共存可穿戴市場(chǎng)

電子產(chǎn)業(yè)幾個(gè)眾所周知的趨勢(shì)包括：所有產(chǎn)品的生命周期都在變短；消費(fèi)類電子產(chǎn)品制造商可以利用的盈利窗口不斷縮??；新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度已成為必須考慮的關(guān)鍵因素。過(guò)去數(shù)年，FPGA幫助廠商在標(biāo)準(zhǔn)形成之前靈活地實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)功能，因此在一些新興市場(chǎng)的發(fā)展中扮演了相當(dāng)關(guān)鍵的角色。如今，可穿戴產(chǎn)品市場(chǎng)正在爆發(fā)式增長(zhǎng)前期，F(xiàn)PGA廠商相信，憑借小型化、低成本、低功耗、可編程特性，未來(lái)在可穿戴市場(chǎng)也將發(fā)揮同樣重要的作用。

是時(shí)候嘗試使用FPGA了

萊迪思半導(dǎo)體消費(fèi)電子產(chǎn)品客戶經(jīng)理Mauri Delostrinos分析表示，消費(fèi)類電子產(chǎn)品制造商早期的產(chǎn)品采取基于1個(gè)處理器和1個(gè)ASSP的架構(gòu)。相對(duì)于成本敏感的市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)有效的方法。然而，在進(jìn)行快速開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化時(shí)卻有兩個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題需要解決。

首先，基于早期的市場(chǎng)決策，需要大量的精力去開(kāi)發(fā)ASIC或基于ASSP的解決方案，而在順應(yīng)市場(chǎng)提升競(jìng)爭(zhēng)力和消費(fèi)者影響力時(shí)，需要付出高昂的成本和時(shí)間代 價(jià)。其次，在處理不同的I/O、存儲(chǔ)器類型、顯示屏和傳感器接口時(shí)，往往處理器本身就具有許多限制。因此，如果某個(gè)設(shè)計(jì)需要添加一個(gè)不同類型的傳感器，制造商要么選擇更換處理器，要么重新開(kāi)發(fā)ASIC來(lái)實(shí)現(xiàn)某種橋接解決方案。

“上述問(wèn)題主要集中于開(kāi)發(fā)速度以及靈活性，因此現(xiàn)在 制造商們?cè)絹?lái)越多地選擇在移動(dòng)設(shè)計(jì)中采用FPGA作為輔助芯片?！盌elostrinos表示，“過(guò)去的FPGA在移動(dòng)消費(fèi)類應(yīng)用看來(lái)往往尺寸太大、成本 高昂、功耗過(guò)高。不過(guò)，低密度器件的出現(xiàn)徹底顛覆了先前的認(rèn)識(shí)——尺寸小至1.4×1.48mm、功耗低至21μW、成本只需50美分。舉個(gè)例子，Chipworks在拆解三星的Galaxy S5時(shí)發(fā)現(xiàn)了萊迪思的FPGA?！?/p>

在這種背景下，F(xiàn)PGA成為了MIPI 顯示屏應(yīng)用的首選。消費(fèi)電子市場(chǎng)的絕大多數(shù)圖像傳感器都使用MIPI CSI2接口。通常情況下，智能手機(jī)中使用的ASSP并不具備CSI2接口，特別是可穿戴電子設(shè)備中的ASSP也是如此。FPGA可用來(lái)實(shí)現(xiàn)橋接功能，將 CSI2接口橋接至并行CMOS接口，使得制造商可以方便地改換顯示屏類型，擁有更多的供應(yīng)商選擇。

使用尺寸極小、密度很低 的FPGA究竟可以獲得怎樣的結(jié)果，這似乎讓人感到疑惑。事實(shí)上，諸如萊迪思最新發(fā)布的iCE40 Ultra FPGA器件可以成功實(shí)現(xiàn)許多功能，如IR Tx/Rx控制、條碼仿真、計(jì)步器、活動(dòng)監(jiān)測(cè)、傳感器預(yù)處理和LED控制等等。iCE40 Ultra系列中的器件集成大電流LED驅(qū)動(dòng)器、乘法器和累加器來(lái)優(yōu)化客制化功能的實(shí)現(xiàn)、諸如SPI和I2C的標(biāo)準(zhǔn)串行接口以及大量IP硬核。與ASSP 相似的集成降低了系統(tǒng)功耗并加速設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，因此設(shè)計(jì)人員可以花更多的時(shí)間在客制化功能的開(kāi)發(fā)上。

可穿戴顯示屏的橋接采用一條標(biāo)準(zhǔn)并行總線至單個(gè)器件至MIPI DSI總線，通過(guò)使得應(yīng)用處理器更長(zhǎng)時(shí)間地處于休眠模式來(lái)改善可穿戴顯示應(yīng)用的電池壽命。在智能手表的設(shè)計(jì)中，F(xiàn)PGA提供自動(dòng)對(duì)時(shí)和IO橋接功能，由于一些MCU不支持2.5V IO，而這是與GPS模塊連接所必需的，通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)接口橋接后，手表可在佩戴者進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)區(qū)后自動(dòng)進(jìn)行對(duì)時(shí)。

FPGA提供的靈活性大大拓展了人們的想象空間。智能眼鏡可識(shí)別包含在簡(jiǎn)單代碼中的品牌信息。同時(shí)，用戶操作、環(huán)境感知或傳感器反饋驅(qū)動(dòng)的智能化可視效果，都可以使用LED方便地實(shí)現(xiàn)。

FPGA與MCU共存可穿戴市場(chǎng)

在萊迪思半導(dǎo)體消費(fèi)市場(chǎng)營(yíng)銷總監(jiān)Subra Chandramouli看來(lái)，新一代FPGA擁有低功耗和小尺寸的架構(gòu)，能夠?yàn)橹悄苁謾C(jī)、平板電腦、電子閱讀器和可穿戴設(shè)備等產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供所需的靈活性。FPGA在設(shè)備中的應(yīng)用完全不受約束，同時(shí)FPGA也不斷增加如存儲(chǔ)器、I/O、顯示屏、傳感器接口和SERDES，結(jié)合了靈活的可編程性以及常用的功能。

Chandramouli 坦言，可穿戴市場(chǎng)是萊迪思重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域。但他同時(shí)也指出：“盡管可穿戴市場(chǎng)在不斷擴(kuò)大，但它仍然處于起步階段。我們可以看到眾多OEM廠商正試著將不同的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，不斷探索‘殺手級(jí)’功能。一些可穿戴設(shè)備仍處于醞釀之中——能夠進(jìn)行移動(dòng)通訊的獨(dú)立手表、可與智能手機(jī)配合使用的智能手表、醫(yī)療監(jiān)控 設(shè)備以及平視顯示器等?！?/p>

他強(qiáng)調(diào)說(shuō)，在所有類型的可穿戴設(shè)備中，小尺寸和低功耗都是關(guān)鍵因素。據(jù)悉，萊迪思已經(jīng)推出了多款成 功的設(shè)計(jì)，其中幾款現(xiàn)已批量出貨?！岸嗫町a(chǎn)品可以滿足這個(gè)市場(chǎng)需求，例如尤其是iCE40產(chǎn)品系列和MachXO2/MachXO3L產(chǎn)品，提供高度集成 的小尺寸封裝，可小至1.4 mm×1.48 mm，這些設(shè)計(jì)已經(jīng)用于一些大型OEM廠商推出的部分產(chǎn)品中?！彼f(shuō)，“根據(jù)保密協(xié)議，很遺憾我們無(wú)法透露這些產(chǎn)品的名字或是我們專為這些產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的功能?！?/p>

針對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)普遍選用低功耗MCU方案的現(xiàn)狀，Chandramouli認(rèn)為兩種方案將會(huì)并存：“我們相信MCU和低 功耗、小尺寸FPGA兩者都會(huì)在可穿戴市場(chǎng)存在，因?yàn)镕PGA和MCU提供的功能可用于不同的應(yīng)用。舉個(gè)例子，F(xiàn)PGA是實(shí)現(xiàn)時(shí)序關(guān)鍵控制和協(xié)議橋接功能的更好選擇。盡管兩者是不同形式的可編程邏輯器件，但FPGA更加節(jié)能，對(duì)于可穿戴設(shè)備來(lái)說(shuō)這是一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)?！?/p>