结构化ASIC冲击传统ASIC和FPGA市场

　 在过去的二十年间，ASIC与FPGA一直是电子设计的主流技术。在相当长的一段时间内，二者不同的技术特征造就了它们应用于不同的市场——ASIC被施用于大批量的专用产品，以尽可能摊薄高额的设计与制造成本，实现良好的性价比；FPGA虽单价昂贵，但由于其可编程的灵活性广受小批量应用的青睐，很多时候还被用于ASIC设计中的原型验证。

　　然而在最近的几年中，原有的平衡逐渐被打破。随着半导体制造技术的进步，硅器件的单位面积制造成本迅速降低，FPGA厂商不断采用新工艺使得FPGA的价格不断下降；相反随着设计复杂性的增加，ASIC的NRE费用、最少订购数量以及开发工具套件的费用都在猛涨。（图1） 加之面市时间的压力，对产品设计的快捷性和灵活性提出更高的要求，因此FPGA表现出明显强于ASIC的发展势头，这反映在新开工设计项目对设计方法的选择上——近年来，新项目对FPGA的采用比例增长迅速，而ASIC的用户群则在萎缩。 。

图1 ASIC掩膜、NRE和开发工具三种费用快速增长

 

但是原有FPGA架构固有的弱点——如功耗高、速度慢、资源冗余，价格偏贵等——使其在面对复杂功能设计的要求时还是会感到吃力，因此人们开始考虑通过技术上的融合在ASIC与FPGA之间寻找一条“中间道路”。在其中，结构化ASIC（Structured ASIC）可以说是最成功的尝试。

该技术的核心思路就是预先在硅片上嵌入必要的功能电路模块，开发者只需要对少数的金属布线层进行个性化编程以完成设计，而不需要象ASIC设计那样设计芯片所有掩模层，由此带来的最直接的影响就是掩模成本的大幅降低，根据Gartner Dataquest的估算，基于0.13μm工艺的每项结构化ASIC设计的掩模费用大约为10万美元，而相同工艺条件下如果采用传统的ASIC设计其掩模成本将达到65万美元。随着设计要求工艺线宽的减小，结构化ASIC在掩模成本上的经济性将更加明显。LSI Logic、NEC 、AMI Semiconductor、Fujitsu、Chip Express和Lightspeed Semiconductor等公司都是结构化ASIC技术的积极推动者，而FPGA厂商Altera公司加入结构化ASIC阵营的举动更使人们对该技术的未来增添了几分信心。Gartner Dataquest预测结构化ASIC市场将从2002年的110万美元增加到2007年的8.48亿美元。

图2 通过减少用户专用掩膜层的数量，降低总体费用 由ChipExpress公司提供

 

图3 结构化ASIC厂商都用图来表明他们的产品填补了标准单元ASIC和FPGA之间的空白。竞争对手则声称结构化ASIC芯片只不过是试图使濒临死亡的门阵列复活，这种尝试是注定要失败的（由Lightspeed Semiconductor公司提供）。

现在正在积极推广结构化ASIC器件的公司中有AMI Semiconductor公司, Altera公司，Chip Express公司, Faraday Technology公司, Fujitsu公司, Lightspeed Semiconductor公司, NEC公司, 和ViASIC公司 。其中 Fujitsu公司已将0.11微米结构化ASIC工艺投产，0.09微米工艺也将于2004年投产。NEC公司预示他们的90纳米工艺也将在2004年下半年投产。 LSI Logic公司利用其RapidChip将扩展电路发挥到极致。该公司将RapidChip 称为平台ASIC，目前用0.11微米和0.18 微米两种工艺来制造。LSI Logic公司希望RapidChip将能使他们重温几年前的美好时光，当时他们的用户平均每天有三个设计启动；而现在他们大约每三天才有一个新设计。 LSI Logic公司已经与Synplicity公司和Tera Systems公司合作，共同提供RapidWorx——一种集成的全面工具，它具有物理合成、RTL规则检查以及规划三种功能；RapidWorx的专利许可费是每六个月20000美元。Synplicity公司是在FPGA市场上长期占有统治地位的综合软件公司，该公司还宣布了与Chip Express、Lightspeed和NEC三公司建立合作关系，共同推进结构化ASIC的设计软件开发。

当然，结构化ASIC在侵蚀ASIC市场的同时，也依靠其低廉的价格侵占FPGA厂家的市场，对此，一些竞争对手发表了不同的看法。 例如Actel公司和QuickLogic公司指出他们的非熔断的FPGA具有比相同粗颗粒的结构化ASIC更好的设计与生产灵活性，而且在密度和性能上也可与之相媲美。 Xilinx公司的Erich Goetting表示，他并不认为在成本、性能、开发周期等方面处于传统ASIC和FPGA折衷位置的结构化ASIC可以得到大规模的发展，这是因为FPGA与ASIC超过20年的发展历史表明在两者之间无论在技术上还是在市场上都很难找到一条“中间道路”供结构化ASIC生存；另一方面，结构化ASIC独特的开发方法使得其很难在短期内得到更多开发工具商的支持。因此Erich Goetting 判断，“结构化ASIC的出现只不过是ASIC厂商面对FPGA产品的竞争而采取的一种防御性的反应”，不会对FPGA的领地构成根本性的威胁。

图4 FPGA的供应商们声称，他们不断地改进光刻技术，可以降低FPGA生产成本，抵消结构化ASIC的成本优势（由Xilinx公司提供）。

而与Xilinx的态度相反， Altera对ASIC的态度在演变。在两年前，Altera公司还像自己的主要竞争对手Xilinx公司那样对ASIC技术进行大肆批评。然而，Altera公司却推出了HardCopy ，一种把FPGA转换为ASIC的平台。用户可以使用Stratix FPGA进行原型验证，一但设计稳定，可以用Hardcopy来直接替代FPGA进行生产，成本降低70％，而且不用更改电路板。 事实上Altera公司已经悄悄地变成了结构化ASIC供应商。Altera公司的CEO John Daane认为，未来会有更多的开发者愿意采用结构化ASIC产品，这一市场正在发展，并将有足够的市场容量供各厂商享用。“未来在结构化ASIC领域也许不会只有一个成功者，”

 

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