FPGA在先進工藝路上的狂飚猛進帶來了如影隨形的挑戰：一方面，進入20nm和14nm階段后，不光是FPGA復雜度提升，對其外圍的電源管理等芯片也提出了“與時俱進”的要求。另一方面，隨著SoC FPGA和3D IC技術的發展，FPGA不斷在加速取代ASSP和ASIC，但這還需要更多的突破，其中最大的障礙就是互聯問題，需在縱向架構上“守正出奇”。此外，隨著FPGA系統復雜度的提升，競爭已不僅僅是產品性能的較量，還在于如何幫助客戶簡化設計、加快上市等，這就要求在整合度和設計工具上突破。應對這些挑戰最近FPGA兩大巨頭均采取了“殊途同歸”的路數。

跨界收購提速橫向整合

FPGA已成為復雜的數字處理器，為其提供電流非常具有挑戰性，并且未來14nm的FPGA對電源精度的要求更高。

繼宣布收購Enpirion半年后，Altera于近日推出二者聯姻的首款產品，推出了結合CycloneV SoC FPGA和Enpirion PowerSoC電源產品的參考設計。Altera電源業務部市場總監Mark Davidson表示，FPGA已成為復雜的數字處理器，其中還包含高性能的模擬器件，為其提供電流非常具有挑戰性。未來14nm的FPGA對電源精度的要求更高，如果電壓范圍超過了規范的要求，或有可能使FPGA失效，甚至燒壞。而且從事FPGA開發的工程師一般都比較擅長數字電路方面的設計開發，而對模擬電源方面的專業知識可能會稍顯不足。為了幫助客戶解決這些挑戰和簡化設計，Altera合Enpirion之力開發出使用方便、高效、全面的電源解決方案。

據了解，由于Enpirion的PowerSoC DC-DC電源轉換器整合了控制器、高頻功率場效電晶體以及數個電感器，不僅可滿足FPGA電源動態表現需求，還在系統方面具有很多優勢，如引腳布局減小50%，功耗降低35%，由于控制環帶來的優異的瞬變性能，FPGA去耦合體電容的使用減少了50%;具有低噪聲和低紋波的優勢，可以高效地為收發器和PLL供電。另外它還在減少元器件數量的同時，提高了系統的可靠性，降低了生命周期成本。Mark Davidson表示，通過這一方案，客戶的設計流程可從原來分列式的18步減少至6步，而有了PowerSoC的參考設計流程以后，甚至可以從6步減少到3步。

“Cyclone V SoC FPGA具備Enpirion電源的套件已開始提供，其他V系列產品電源套件將會在2014年上半年提供。”Mark Davidson進一步提到，“28nmFPGA會利用原來的一些參考設計，但像20nm和14nmFPGA將采用全新的電源優化系統。”

對于被收購后Enpirion未來產品是否僅支持Altera的FPGA產品這一問題，Mark Davidson明確表示，作為獨立部門，加入Altera后Enpirion推出的電源產品仍將支持Altera以外的客戶，而且其后續的產品開發也并不僅僅局限于支持FPGA產品。

縱向創新求同存異

賽靈思此次推出的Virtex VU440 UltraScale器件將業界最大容量器件的容量翻番，達到440萬個邏輯單元。

而賽靈思走的是縱向創新的路子。繼2013年7月宣布行業首款20nm器件投片的同時，也宣布20nm的All Programmable器件采用行業首個ASIC級架構UlstraScale，從而將應用拓展到上百億美元的ASIC/ASSP和嵌入式市場領域。2013年11月其中一款器件首個發貨，并同時擁有唯一SoC增強型設計套件Vivado和UltraFast設計方法的支持，提供了可媲美ASIC級的性能優勢。

此外，賽靈思還宣布了一項新紀錄。Xilinx全球副總裁、亞太區執行總裁湯立人稱，作為UltraScale產品系列之一，賽靈思此次推出的Virtex VU440 UltraScale器件將業界最大容量器件的容量翻番，達到440萬個邏輯單元，讓賽靈思在器件密度方面的優勢從28nm的2倍提升到20nm的4倍，容量超過了所有其他任何可編程器件。

湯立人表示，ASIC級UltraScale架構在布線、類似ASIC的時鐘分布、增加CLB邏輯以及針對關鍵路徑優化的重要模塊級創新等方面具有明顯的優勢，不僅可以解決系統總吞吐量擴展和時延方面的局限性，而且還能直接突破高級節點上的頭號系統性能瓶頸即互聯問題。這些增強功能可以滿足客戶在海量數據流、I/O帶寬以及實時數據包、DSP和圖像處理等方面更高性能設計的要求。

“賽靈思后續還將推出采用臺積電16nm FinFET工藝技術的Virtex UltraScale器件，進一步提升系統集成度和系統級單位功耗性能，以滿足高端FPGA需求。”湯立人指出的賽靈思未來規劃可謂步步為“贏”。

打造成功的UltraScale器件并不是“一個人在戰斗”，賽靈思還定義了一套All Programmable設計方法—UlstraScale設計方法。該方法涵蓋最佳實踐以及一系列項目規劃、開發板布局和器件規劃的項目表，同時能應對設計創建、實現和配置調試等諸多挑戰。“UlstraScale ASIC級的架構、Vivado設計工具、再加上UlstraFast設計方法三者的統一才實現了ASIC級的優勢。”湯立人指出。

未來加速縱橫融合

FPGA大廠將借助橫向整合和縱向創新之力，加快融合，形成功能性能更強大的產品。

可以說FPGA“麻雀雖小，卻五臟俱全”。隨著產品自身升級與應用需求的雙重驅動，FPGA未來仍將不斷向以下幾個方向發展：一是高密度、高速度、寬頻帶，二是低電壓、低功耗，三是低成本、低價格，四是系統集成，五是動態可重構及單片集群。這些發展方向并不相互排斥，甚至可以并駕齊驅，FPGA大廠也將借助橫向整合和縱向創新之力，加快融合上述發展方向的特點，形成功能性能更強大的產品。

“在縱向創新方面還有很多創新機會，除了增加模數IC之外，其實還可以增加更多的功能。未來Altera甚至可能會利用Enpirion公司在電源方面的技術，將電源模塊集成進FPGA內部，從而簡化FPGA系統開發過程。”Mark Davidson表示，“另外，在縱向創新的同時也需要橫向創新，因為現在電源設計變得越來越困難，在設計FPGA的時候要考慮到電源設計，或者在設計電源的時候也要考慮到FPGA的設計，Altera也將在縱向和橫向方面不斷加強創新。”

而這些創新付諸實踐還得仰仗“軟件平臺”的力量，因FPGA上市時間和成本很大程度上取決于開發人員如何運用工具解決新一代復雜性問題。從FPGA到All Programmalbe，從以前的單工藝節點發展到多種工藝共存，三大產品系列（FPGA、SoC、3D IC）共同發展，系統的復雜程度增加了幾十倍，但是需要在同樣的時間甚至更短的時間內完成開發的工作，軟件開發平臺越來越重要。賽靈思定義的一套All Programmable設計方法—UlstraScale設計方法算是應時之舉，也因為賽靈思在軟件工具平臺上的努力，讓基于FPGA產品的軟硬件協同設計成為可能，激發FPGA潛力的無限釋放。