据Gartner Dataquest预测,2007年全球汽车半导体市场规模将达到201亿美元,而这个数字到2010年更将增长到259亿美元。在这其中,FPGA目前占了约9,300万美元,且今后三年内有望增长到亿美元。

目前,车用FPGA主要集中在信息娱乐/后装市场,以及无线通信/车身电子应用。赛灵思和Altera等较大型的FPGA供应商们,已经将其战略重点放在了这些“引人注目的”应用领域。为了与他们竞争,Actel等小型FPGA供应商就必须另谋出路。

其中一条出路就是动力传动系统(powertrain),这一设计理念几十年未发生变化,而现在马上就将发生改变。随着混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车、E85(编者注:指用85%的乙醇与15%的汽油混合后得到的燃料)燃料汽车,以及改进的柴油引擎的推出,汽车制造商们急于开发能够胜任新型动力传动控制任务的电子系统。

同时,汽车安全应用的市场也敞开了大门,例如防撞系统、盲点检测和告警系统,以及倒车摄像头等。除了快速的上市时间和满足后期设计变化所需的灵活性,动力传动和安全系统的设计师们还要求电子器件具有高度的可靠性、小功耗,并且能适应苛刻的汽车环境。

多数传统的电子元器件无法很好地适用于这些应用场合。ASIC的NRE和认证成本太高、设计周期过长、灵活性欠缺,且风险较大。微控制器虽然灵活,但功耗相对较大,且不能满足诸如高级柴油引擎中的控制单元等设备的特殊响应时间要求。(这些闭环控制单元必须能够在逐周期的基础上实时地进行监控和调整燃料喷射。)

CPLD在这些市场中曾得到了一些应用,但其只能提供中等的逻辑密度,通常制造工艺比较陈旧,而且性能和I/O功能也相对有限。相反,基于SRAM的FPGA虽然具有很高的密度和丰富的性能,但容易产生固件错误。另外,基于SRAM的FPGA功耗也相对较大,会导致自身发热,这就限制了更大规模的器件在最高温度达100℃左右环境中的使用。

上述事实可以用来解释为何Actel公司要扩展其ProASIC3系列产品,并使其成为据称是业界首个通过AEC-Q100一级认证的FPGA。AEC-Q100是汽车电子协会(AEC)发布的针对车用IC的应力测试认证标准。

这些低功率、单芯片、基于闪存的器件能上电即行(LAPU),并且不会产生固件错误。它们功能丰富且具有灵活性,能够在汽车极限应用所要求的高温环境下工作(125℃的环境温度和135℃的结温)。

这些器件采用了英飞凌的高性能CMOS+Flash的130nm汽车器件工艺,氧化层比较厚,因此能在支持较高工作温度的同时减少漏电流。相对于SRAM或闪存/SRAM混合配置,纯闪存的配置不会产生固件错误,而且功耗特别低、产生的热量非常少。反过来,这些特性也使得该器件可以工作在极端温度环境下。

除了AEC标准外,这些器件还支持像一些汽车制造商要求的生产件批准程序(PPAP)文件和TS16949质量管理规范。据Actel透露,这些器件已被用于多种设备,范围从倒车视觉系统(在该系统中,摄像头、FPGA和其它设备必须装配进一个1英寸管子中),到用于拖拉机和采矿设备中重型柴油引擎的下一代控制器。

ProASIC3的规模在6万门到100万门之间。通过AEC-Q100认证的A3P1000是100万门的器件,目前已能供货,25万片批量时的单价低于20美元,该系列中的其它产品也将在今年底推出。A3P060、A3P125和A3P250的工程样品现已能出货。

“作为一家稍小的FPGA供应商,Actel必须专注于自身的差异化发展。”Gartner Dataquest公司分析师Bryan Lewis表示,“对他们来说,这是一个能实现稳定发展的利基市场。”

Gartner Dataquest公司目前只跟踪了FPGA在汽车信息娱乐以及无线通信领域中的使用情况,还没有考虑动力传动和安全系统中的FPGA。但是Lewis指出:“根据Actel发布的信息,局面马上就会发生改变。”

Clive (Max) Maxfield is editor of CMP's Programmable Logic DesignLine ()and author of How Computers Do Math (Featuring the Virtual DIY Calculator).

Clive (Max) Maxfield是CMP可编程逻辑设计产品线()编辑,著有《计算机如何做数学》(How Computers Do Math,描写了虚拟DIY计算器)一书。

向基于FPGA的方案打开大门的汽车应用。

作者:马力夫