中密度FPGA燃起战火，Microsemi发布PolarFire

　　PolarFire横空出世
　　在两大FPGA巨擎激战高密度FPGA市场时，Microsemi近日在京召开新闻发布会，宣布推出PolarFire FPGA，定位低功耗、中等密度产品^[1]。

　　负责FPGA业务的系统级芯片产品组高级产品线营销总监Shakeel Peera称：Microsemi于2010年收购了Actel。因此，Microsemi的FPGA有三十年历史。此次推出的PolarFire有四大优势：1.低功耗，比竞争对手低50%功耗;2.成本优化;3.可靠性与安全性优势;4.逻辑范围扩展至1K-500K LE，因此和竞争对手一样，可覆盖从低密度的CPLD到中密度的FPGA。

　　Microsemi的FPGA产品线较广，PolarFire的推出，使其FPGA潜在市场扩大至25亿美元的中等密度器件市场。该市场的首要考虑因素是性能，之后是功耗和成本。PolarFire有12.7G SERDES的速度，功耗和成本更低。

　　从PolarFire架构图可见，PolarFire增加了两点：1.增加了DDR4接口，2.在普通接口上可接入多路以太网，而不是过去需要用SERDES。另外有真正的随机码发生器。还有有差分功率分析防护，现在新的破解方法是DPA(差分功率分析)。

　　如何降低成本?

　　非易失Flash FPGA通常成本较高，Microsemi如何降低成本?两大理由：首先，竞争对手采用了high-K工艺、FinFET等，但Microsemi仍采用传统的CMOS工艺，名称是SONOS(注：来自Cypress的28nm工艺)，特点是通常充电棒的充电电压是17.5V,但新产品采用9V,因此充电棒的电路得以简化，从而减小了die(晶圆上的芯片)的尺寸。

　　其次，竞争对手设计的产品频谱很广，定义优先考虑高性能和大规模产品，然后对中低端产品进行性能和功耗的裁剪。而Microsemi针对中等密度--500K LE设计，因此结构更加合理和优化。

　如何降低功耗?

　　PolarFire FPGA功耗降低多达50%，为什么?

　　1.功耗优化，NVM(非易失存储器)只有SRAM的静态功耗千分之一。

　　2.由于通常启动FPGA时有浪涌，因此电源设计时要考虑冲击电流，但PolarFire没有浪涌电流。

　　3.收发器功耗低。

　　4.NVM支持休眠模式，唤醒后立即就可启动，工作后也可以立即进入休眠。

　　5.有硬件IP支持，例如DDR、SGMII PHY和PCIe等有硬核。

　　静态功耗低有很多好处。首先，可带来性能裕量(例如一共有10mA可用，如果静态电流只需1mA,可以有9mA做其他工作)。另外的好处是热设计时无需散热器和风扇。

　　其他长处

　　后来者往往总结了前辈的经验，具有一定的后发优势，在一些功能上可以做得更合理和优化。

　　例如，安全防护方面，现在网上新出现了一种方法，花400美元的DPA就可攻击和篡改芯片，PolarFire FPGA可以应对此。

　　可靠性方面一直是NVM反熔丝的优势。现在波音、空客和国内的大飞机都是Microsemi的客户，NVM的反熔丝可以抗Alpha高能粒子冲击;另外存储器也可以得以保护。

　　另外，PolarFire FPGA产品有小型化封装。

　　热门问答

　　Microsemi系统级芯片产品组SoC业务部副总裁兼业务部经理Bruce Weyer上场，解答了编辑记者们的提问。

　*FPGA市场有两大巨擎：Xilinx和Intel PSG部门（注：Intel收购的Altera）。Microsemi的相对优势是什么?

　　纵观CPLD/FPGA历史，过去美国有三十几家公司，例如Xilinx, Intel等，最后大浪淘沙，剩下四五家美国公司。

　　相比FPGA大厂，Microsemi FPGA实力有限，必须走niche(利基)市场，因此定位中密度、低功耗和安全性高。具体地，Microsemi做1K-500K，而两大竞争对手涵盖1K-1000K LE，可见竞争对手的产品线拉得很长。

*Microsemi为何不把同样做NVM FPGA的Lattice作为竞争对手?

　　因Lattice主要做消费电子。而28nm流片需要2百万美元。

　　目前，Lattice的40nm产品最大做到150K。而Microsemi此次推出的是500K。

　　过去Actel做超低功耗、低密度的IGLOO系列，2010年被Microsemi收购。1-30K主要做军工和国防，特色是反熔丝NVM。实际上，Microsemi在国防和军工航天做得好，长期业务稳定，但老板想在通讯市场发展。经过7年的磨合，Microsemi已适应收购的环境，开始推新产品。此次PolarFire已能做到12.7G SERDES，成为FPGA厂商中第三个入围5G技术的厂商。

　*同样是通讯，Lattice针对哪部分?

　　而相比竞争对手的被收购，例如Intel收购Altera，集中在核心网和数据中心。但Microsemi集中在中低带宽，属于接入层应用，该应用的特点是功耗和成本低，安全性高。

*竞争公司把低功耗产品命名为ARTIX(Arctic的谐音，北极)、ICE(冰)或IGLOO（雪块砌成的小屋）系列，为何贵公司的产品叫PolarFire?

　　因为功耗既要像Polar(极地)那么低，性能又要像fire(火)那么高。

　　点评

　　人们一般把Microsemi的FPGA和Lattice列为一类，但是此次发布会上，Microsemi把竞争的矛头指向两大FPGA巨擎，对Lattice只字未提。因为三年前，Lattice率先发布了中密度FPGA，工艺40nm，但是由于战略定位转向消费类电子，没有继续在此延伸。而Microsemi在沉寂了7年后，第一次提出做中密度FPGA，而且跳过40nm，一下是28nm，可见Microsemi已经从收购中重新找到了FPGA的方向，恢复了发展FPGA的信心。

　　回到文章开头的问题，为何FPGA两大巨擎争相争夺高端市场?因为FPGA市场的特点是高端市场的营业额和利润率都非常可观。相比之下，中密度FPGA的利润有限。因此估计Microsemi进军此市场不会受到很大阻力，会获得一定的市场份额，因为除了中等密度，PolarFire的超低功耗和高安全可靠性，是非常有特色的。另外，两年前Microsemi收购了PMC-Sierra公司，因此在通讯市场已有一定的用户基础和渠道，也会为Microsemi的FPGA带来杠杆效应。

　　欢迎Micrsemi的FPGA重出江湖，盼望FPGA业再度活跃起来!

参考文章：
[1]美高森美发布业界最低功耗的成本优化FPGA产品系列[R/OL].电子产品世界网,(2017-2-16).http://www.eepw.com.cn/article/201702/344083.htm