浅谈eFPGA市场的各大玩家&商业模式&设计挑战

shuszhao

传统的FGPA厂商进入比较早，基本上每隔3年推新一代的FPGA，并进行全定制电路设计，通常具有最大或接近最大数量的金属层以便获得最高密度的FPGA。但他们有一个显著的限制，就是……
eFGPA最近几年的到了IC设计者的关注，现在我所知道的供应商包括七家：Achronix、Flex Logix、Menta、NanoXplore、Adicsys、QuickLogic、Efinix。
这六家公司基本囊括了3种商业模式和技术实现途径，Achronix算是同时提供FPGA和eFPGA的公司、三家家法国公司Menta和NanoXplore和Adicsys则是提供软IP eFPGA，Flex Logix的产品则全部是硬核eFPGA，QuickLogic也有用GloablFoundry工艺的硬IP，Efinix应该也是硬IP但是首款产品还没出来。
在Flex Logix的宣传页上节选翻译了三种商业模式的对比：

                               
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这几类公司各自有着先天的基因和后天的优势。
传统的FGPA厂商进入比较早，基本上每隔3年推新一代的FPGA，并进行全定制电路设计，通常具有最大或接近最大数量的金属层以便获得最高密度的FPGA。但他们有一个显著的限制，就是金属层问题。 FPGA公司通常用最大或接近最大的金属层来设计他们的芯片，如果用户想要一个不同的金属堆栈，他们必须重新布线，可能需要4-6个月的时间，而且工程费用很高。
至于提供软IP的公司，密度比较低，所需硅片面积就比较大，所以现在一般不提供大阵列。另外他们兼容的金属层数是没有公开的。

                               
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Flex Logix是比较晚进入的一家提供硬核IP的eFGPA公司。他们比较厉害的一个技术是把互连做的比较小，从而实现与全定制FPGA芯片的eFPGA基本相同的密度。
编辑注：嵌入式 FPGA (eFPGA) 的工作方式与 FPGA 芯片类似，其中有查找表，其中有可编程互连，其中的FPGA 结构和Xilinx / Altera 的是一样的结构。


eFGPA适合用于哪些领域？扮演什么角色？

能轻松为ASIC/SoC增加灵活性，使得自己的产品适用面更广，这是eFPGA吸引关注的重要原因。Flex Logic的销售总监简捷向EDN记者分享了现阶段eFPGA的应用领域，如下图所示（另外还有军工应用）。他认为eFGPA就是Solution for uncertainty.

                               
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我对图中的存储应用表示很疑惑，简捷向EDN记者解释道，“这也是我所没有想到的一个应用。事实上，是一些做SSD的客户主动找上门来，因为在Flash有变化的时候，他们的SSD controller需要针对不同批次进行调整，比如加入FEC纠正算法来保证产品可靠性，加入eFGPA则很好的平衡了他们SSD controller的性能与成本。”当然这个需求主要是企业类SSD，而不是在消费类SSD。
未来最大的应用是物联网和微控制器，物联网的分散性使得一些SoC厂商服务系统厂商时会缺少一些灵活性，有可能一点点小需求/变化(如不同传感器，不同无线标准)满足不了就会失去一个客户，而加入一些低成本的小eFPGA就能最大程度的满足更多用户需求。
与物联网需求相反，高端的需求来自AI/机器学习，这个领域面临着算法的变化，同时却是一个高计算需求的应用，所以需要加入大的eFPGA满足其要求。
另外一个是5G，大家抢着想卖5G（这个大部分需求是基站而非手机），而且28/16、甚至7nm的流片成本都很高，在标准未定之前加入eFPGA来快速抢占市场是个不错的主意。


工程师用eFPGA会遇到什么样的挑战？

说了这么多，毕竟是个新东西，那么，工程师用eFPGA会碰到哪些问题呢？
第一，时序怎么弄？简捷表示这是遇到的很多工程师关注的第一大问题。集成硬核很容易，但是继承后的Timing很难，因为不同于硅SoC的时序是不变的，FPGA的时序是变化的，所以怎么匹配是个问题。他指出，他们提供的都是经过验证的，Timing report都是根据硅的时序来的。第二，可靠性和良率问题。工程师在这方面也略有担忧，但纯逻辑的制程在这方面还是有优势的。第三，测试手段。测试是个问题，用户需要多一些的用户笔记来帮助自己设置、debug FPGA设计。不过eFPGA有个有意思的地方是，甚至可以用eFPGA来测整个芯片的信号，可以测完再配置为其他需要的文件。

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