详解FPGA中的电源管理创新分析介绍

到2019年，现场可编程门阵列（FPGA）的市场规模预计将从2012年的51亿增至近90亿美元。FPGA需求增长部分源于不断蚕食ASIC（专用集成芯片）市场。ASIC是采用订单生产方式的半导体芯片，而FPGA则（也半导体器件）可以被重新编程，在成品售出后基本上还似如白纸、一字未写。FPGA广泛应用于电信、工业、汽车和消费电子产品。 FPGA是设计中取代ASIC的首选，因为许多FPGA价格已经可以和ASIC竞争，而FPGA额外附加值是其极高的灵活性。但FPGA的劣势是设计时使用较为复杂，周边逻辑和支持可能没有现货。下面由我来详细解释。

十年前，赛灵思的Virtex-4和Spartan-3，以及Altera的Stratix-II才刚上市，而我则在TI工作，负责与领先的FPGA制造商合作，为我们的客户提供电源管理解决方案。多电源轨、加电顺序、严格公差、瞬态响应、系统可靠性、总方案成本以及尺寸大小等等都是我们关注的问题。我们的高效团队最终给出了业界第一份FPGA电源方案参考设计指南，以及基于参考设计的大量TI评估模块。这些模块也经常集成在FPGA实体开发板中。同时也有提供合作应用笔记。TI的技术超前，甚至开发出特别针对FPGA电源管理需求的三供电电源IC，TPS75003。即便如此，有时我们也无法完成公司的预定目标，没能帮助客户实现最佳方案。比如价值10000美元的FPGA与价值10~100美元的电源管理芯片之间的销量不匹配，其中后者需求更多，还需用于开发验证。

Altera公司也意识到电源管理的重要性，因为它可充当FPGA用户的战略差异点，所以去年5月，Altera公司以1.41亿美元的价格收购了80名员工的创新电源管理IC公司Enpirion。带来的直接结果是，发布了新款Altera FPGA电源参考设计，基于Enpirion DC-DC转换器对电源做了优化。作为交钥匙模式的电源方案，该参考设计功率效率提升高达35 %，节省电路板空间多达五成，相比于竞品电源方案，可降低近一半的大容量电容成本。Altera针对Cyclone VSoC的参考设计目前已经可以下载，而贸泽则提供用于硬件演示的DK-DEV-5CSXC6N开发套件。随后将出现针对 Stratix V, Arria V 和 Cyclone V FPGA的电源参考设计。更进一步，如果Altera可以利用Enpirion的技术经验，来进一步优化FPGA自身的电源管理（比如降低电源轨道数量），相比目前的系统级优化，这种结果也将具备真正的颠覆性。