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從創新角度來看SoC FPGA的市場重要性

撰文/范眠    

近年來市場上出現了一種新型態的半導體元件,稱為SoC FPGA,試圖在單一晶片上結合ARM CPU核心和可程式邏輯陣列兩種技術,以實現靈活性、可配置性與效能的目標。



事實上,幾年前,FPGA業者也曾經將CPU核心整合到邏輯陣列中,但並沒有成功。主要原因是,當初是以硬連線方式嵌入CPU,它基本上還是一顆FPGA元件,由於軟體編程方式完全不同,再加上效能有限與缺乏生態系統奧援,很快地就被市場淘汰。



隨著製程進展到28奈米,為FPGA業者帶來更高的整合能力,新一代SoC FPGA的概念是將ARM核心、邏輯陣列以及硬IP周邊結合,開機時,處理單元最先啟動,由於作業系統的執行與邏輯陣列相互獨立,因此便可保有與原有ARM-based SoC相同的軟體編程模式。



基於此設計方式,才真正發揮了結合CPU核心效能與邏輯陣列的設計靈活性。而且,重要的是,不一定是FPGA設計人員就能利用此新一代元件開發SoC。



SoC FPGA可扮演推動創新要角



Xilinx可說是開發SoC FPGA的先驅者,該公司從2008年開始投入全新Zynq系列元件,並於2011年第四季正式上市,到今年第一季進入全數量產。同時,Xilinx也積極建構完整的生態系統,從作業系統、中介軟體、通訊堆疊到工具/軟體夥伴、設計服務、開發板,以及周邊IP等一應俱全。



Xilinx台灣區總經理王漢傑指出,Zynq系列元件的出現,不僅為半導體產業帶來了一個全新的產品類型,而且可扮演推動創新的重要角色,尤其是對台灣業者來說。



眾所皆知,半導體製程進入28奈米後,開發一顆ASIC SoC需要昂貴的IP、EDA、人才與生態系統支援,讓台灣許多資源有限的中小型IC設計公司難以競逐。「要授權一顆ARM A9核心需要昂貴的授權金額,若沒有十足的回收把握,誰敢隨便開發一顆28奈米SoC?」他說。



但隨著SoC FPGA元件的問世,情況可以完全改觀。王漢傑表示,利用Zynq,業者就擁有了雙核心ARM A9的強大功能,再配合周邊可程式邏輯的配置,便可針對特定應用開發SoC,測試市場接受度。雖然晶片單價仍會比ASIC SoC貴一些,但可節省高昂的設計成本與開發時間。



如此一來,業者便可在創新應用萌芽期就率先進入市場,等到市場有大量需求時,再轉而開發ASIC也不遲,如此便能享有更佳的商機掌握度,大幅降低了進入新市場的門檻。



面對中國IC設計業的快速崛起,他認為,少量多樣、高毛利的市場才是台灣的利基,我們無需去競逐大量市場的削價競爭。「台灣電子產業過去多年來在cost down思維的魔咒箝制下,阻礙了創新發展。但我相信,許多資深工程師仍保有熱情,但只欠缺能夠讓他們發揮創意的工具與平台。」



也因此,對業者來說,SoC FPGA元件提供了另一種可能性,使得SoC創新不再意味著需要高昂成本。



傳產科技化 台灣業者的利基所在



另一方面,台灣有許多表現亮眼的傳統產業,像是工具機、自行車、紡織、五金、汽車零件等。他認為,傳統產業的科技化將能為台灣的電子產業帶來新活水,而不再只是將眼光侷限於開發各類3C產品。



「這些傳統業者有扎實的根基,但缺乏優秀的科技人才投入。如果我們的電子業者願意將更多眼光放在協助這些傳統產業進行升級,將能脫離紅海,開創出一片新天地。」



甫於今年初在德國舉行的嵌入式大會上,已經有多家業者展示採用Zynq的設計成果,涵蓋駕駛輔助系統、生物感測器、機器視覺、馬達控制、工業控制、即時視訊引擎等各種應用。



而以目前台灣業者的應用來看,已經有業者利用Zynq開發機器視覺用的相機模組、博奕機台、視訊會議設備、3D影像擷取、數位示波器、無人飛機、可攜式超音波裝置、LCD檢測機台等各式各樣的應用。



王漢傑以博奕機台產業為例,這就是典型的少量多樣、高毛利的市場,而且急需創新人才投入。所以,Xilinx也將積極透過與學校合作,培養更多SoC FPGA人才。



王漢傑表示,過去由於SoC設計門檻太高,通常學生在學校能玩MCU設計就已經不錯了,不可能實際開發SoC。但現在,利用Zynq,只需要幾百美元的開發板,就能讓學生提早在學校就學習如何開發SoC。這對於提升SoC設計人才來說,具有非常重要的意義。



隨著Zynq嶄露頭角,Xilinx也獲得了ARM的肯定與支援。從今年開始,提供國內大學院校半導體人才競技平台的ARM Code-O-Rama 設計競賽首度新增了Cortex-A平台組項目,就是採用Xilinx的Zynq評估與開發套件進行開發。



王漢傑強調,SoC人才養成不易,ARM看好A9核心將是未來五年主流,因此也協助推廣Zynq平台元件,讓SoC的設計門檻降低。透過與學校合作,讓大專院校學生能提早學習SoC設計流程,實現創意,這對提升台灣年輕學子的SoC設計能力有很大助益。



王漢傑念茲在茲的是,Zynq元件能為台灣業者帶來的創新機會,業績好壞倒成了其次。他甚至指出,未來一個宅男也可以成立工作室開發創新SoC,當這樣的情況真的出現時,正代表了台灣處處都有創新設計的活力。


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