FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場可編程門陣列，是異構(gòu)計算技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要分支，在目前的工控行業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。近期，本刊采訪到萊迪思(Lattice)半導(dǎo)體亞太區(qū)總裁徐宏來先生，請他詳細(xì)介紹了近年來萊迪思在FPGA器件開發(fā)上的主要思路和技術(shù)方向，以及最近推出的專門針對工廠自動化領(lǐng)域開發(fā)的Automate解決方案合集，從中我們也可以一窺當(dāng)前在這一專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中的最新發(fā)展動向。

萊迪思(Lattice)半導(dǎo)體亞太區(qū)總裁 徐宏來

　　隨著高性能數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡(luò)邊緣、AI人工智能等計算密集型應(yīng)用的興起，傳統(tǒng)的通用計算方式已無法完全勝任龐大的算力要求，正基于此，異構(gòu)計算成為了一項(xiàng)理想的解決方案。FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場可編程門陣列，作為優(yōu)秀的異構(gòu)計算協(xié)同技術(shù)之一，在其中正發(fā)揮著越來越重要的作用。尤其是在工控自動化領(lǐng)域的伺服驅(qū)動、馬達(dá)控制應(yīng)用中，目前主控芯片通常以“CPU+FPGA”雙核結(jié)構(gòu)為主，利用FPGA器件并行計算且運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多軸電機(jī)驅(qū)動，以及逼近模擬控制的高性能硬件電流環(huán)控制功能，為客戶提供驅(qū)控一體化集成式運(yùn)動控制解決方案。

　　專注低功耗FPGA創(chuàng)新開發(fā)

　　最近幾年，原先以兩大國際寡頭為主陣營的全球FPGA市場，經(jīng)過一系列企業(yè)并購行為之后，供應(yīng)格局發(fā)生了深刻的變化，同時，技術(shù)開發(fā)路線也由獨(dú)立FPGA轉(zhuǎn)向整合集成的方向加速前進(jìn)。例如，英特爾通過收購Altera，入局FPGA市場;賽靈思和 AMD 攜手，與之分庭抗禮，背靠更為強(qiáng)大的資源優(yōu)勢，使得這些廠商主要專注研發(fā)的是速特定任務(wù)的FPGA器件，例如云計算、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的AI人工智能等等，它們大多都是功耗非常高的大型器件。

　　“Lattice萊迪思則專注于低功耗FPGA的創(chuàng)新和產(chǎn)品開發(fā)，用于網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用，”徐宏來強(qiáng)調(diào)道，“這些應(yīng)用的OEM廠商在設(shè)計選擇器件時考慮的一個關(guān)鍵要素，就是器件的低功耗和小尺寸。萊迪思始終致力于低功耗FPGA市場的應(yīng)用開發(fā)，從2019年末我們發(fā)布的Lattice Nexus FPGA平臺就可以看出這一特點(diǎn)?！?/p>

　　萊迪思Nexus是近十年來對低功耗FPGA技術(shù)的一次重大突破，它結(jié)合了萊迪思在低功耗FPGA領(lǐng)域長期積累的經(jīng)驗(yàn)，以及領(lǐng)先的28 nmFD-SOI半導(dǎo)體制造工藝，開發(fā)出多種低功耗、高性能、高可靠性和小尺寸的解決方案(如CrossLink-NX\Certus-NX\MathNX，以及最新推出的CertusProNX)，為視覺處理、馬達(dá)控制、光通訊等細(xì)分應(yīng)用市場提供低功耗、安全可靠的FPGA器件方案。

　　除此之外，Lattice萊迪思近幾年另一個顯著的變化是，成功地將發(fā)展重點(diǎn)從通信行業(yè)轉(zhuǎn)移到工業(yè)和汽車領(lǐng)域，以適合當(dāng)前市場的變化和企業(yè)自身的技術(shù)定位，并且已在工廠自動化和新能源汽車市場上取得了突破性成長。

　　“萊迪思是低功耗可編程器件領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。我們的FPGA在低功耗、高可靠性和小尺寸方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位。萊迪思將繼續(xù)使用當(dāng)前的Lattice Nexus FPGA平臺，革新我們低功耗FPGA的性能和特性，到2022年下半年，我們將計劃推出新的平臺——Lattice Avant，繼續(xù)延續(xù)這一創(chuàng)新優(yōu)勢?！毙旌陙硌a(bǔ)充道。

　　Automate解決方案瞄準(zhǔn)工廠自動化

　　根據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)的調(diào)查預(yù)測，到2027年，包括各類上游元器件在內(nèi)，全球工業(yè)自動化市場的規(guī)模將達(dá)到3260億美元左右。談到現(xiàn)階段工業(yè)市場的需求特點(diǎn)，徐宏來指出，工業(yè)應(yīng)用需要低功耗和小尺寸的半導(dǎo)體器件，從而最大程度地降低工業(yè)設(shè)計中的功耗和空間預(yù)算;此外，低延遲、精確的可預(yù)測性、高穩(wěn)定性、接口靈活，這些都是工業(yè)自動化市場較為明顯的需求點(diǎn)，為此，萊迪思針對工業(yè)自動化進(jìn)行了深層次開發(fā)，并已與多家行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)展開合作，力爭在這一市場上保持萊迪思

　　FPGA器件的領(lǐng)先地位。

　　今年，萊迪思推出的Automate解決方案集合可以說是一款專門針對工廠自動化領(lǐng)域伺服驅(qū)動、馬達(dá)控制應(yīng)用而開發(fā)的高性能、智能化、可拓展的多軸馬達(dá)控制方案。它基于結(jié)合28 nm FD-SOI技術(shù)和優(yōu)化FPGA架構(gòu)的萊迪思Nexus平臺，與同行方案相比，功耗降低多達(dá)75%，尺寸減小多達(dá)90%，控制馬達(dá)的數(shù)量可增長1倍;SER(軟錯誤率)最高降低100倍，從而實(shí)現(xiàn)了高可靠性和可用性，完全滿足工控行業(yè)對低功耗、高安全性、網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的要求。

　　在工業(yè)領(lǐng)域，要想精確地控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和位置，響應(yīng)速度快是很重要的一點(diǎn)，而這正是FPGA器件的一大特點(diǎn)，它類似于硬件驅(qū)動定制化的一種實(shí)現(xiàn)方式。Automate解決方案集合利用萊迪思Nexus FPGA的性能優(yōu)勢，數(shù)據(jù)傳輸速率最快可達(dá)MIPI D-PHY (2.5 Gbps) ，以支持更快的響應(yīng)速度，在伺服馬達(dá)閉環(huán)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更高的定位精度、效率和精確控制性能。

　　此外，在工業(yè)4.0的大潮中，工業(yè)實(shí)時以太網(wǎng)的應(yīng)用已是大勢所趨，因應(yīng)這一趨勢，萊迪思Automate解決方案集合通過EtherConnect IP，采用集中式主控制器，支持嵌入式實(shí)時工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時網(wǎng)絡(luò)互連、同步操作、感測、控制，以及網(wǎng)絡(luò)安全、保護(hù)恢復(fù)等功能，為位于工廠自動化網(wǎng)絡(luò)邊緣層的伺服驅(qū)動、馬達(dá)控制提供算力強(qiáng)大，且低功耗的技術(shù)方案支撐。

　　尤為值得一提的是，在這次萊迪思公布的Automate解決方案合集中，還引入了擁有AI功能的多通道馬達(dá)控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)可預(yù)測維護(hù)功能，能夠盡早發(fā)現(xiàn)馬達(dá)性能的下降，最大程度地防止停機(jī);且可擴(kuò)展的AI/ML，支持多個馬達(dá);無需額外的傳感器;本地化實(shí)現(xiàn)可保護(hù)數(shù)據(jù)隱私，并降低網(wǎng)絡(luò)帶寬成本等等。

　　市場供應(yīng)持續(xù)保持增長

　　針對目前大多數(shù)工控廠商對于FPGA器件及其開發(fā)并不十分擅長的狀況，萊迪思和其合作伙伴可以為這類客戶提供具體的參考設(shè)計，并給予現(xiàn)場技術(shù)支持，以確保新產(chǎn)品的開發(fā)周期，滿足客戶對產(chǎn)品技術(shù)性能提升的需求。

　　另一個目前市場關(guān)注的熱點(diǎn)是，由于新冠病毒疫情的蔓延，以及惡劣環(huán)境氣候等因素所導(dǎo)致的全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的阻滯，對包括伺服驅(qū)動、馬達(dá)控制廠商在內(nèi)的工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)能帶來了較大的影響。對此，徐宏來表示，近期市場所面對的主要挑戰(zhàn)表現(xiàn)為需求與供應(yīng)之間的矛盾，特別是在對半導(dǎo)體器件供應(yīng)的管理上，如何建立更可靠和有效的策略，以保證半導(dǎo)體器

　　件的供應(yīng)，是許多企業(yè)正在思考的一大課題。在萊迪思方面，在整體半導(dǎo)體市場供應(yīng)緊缺的狀況之下，通過與封裝廠以及Fab廠商的緊密合作，萊迪思持續(xù)保持對中國市場的供應(yīng)增長，雖然交期有所增長，但價格暫時沒有太大的波動。

　　經(jīng)過近三十年的高速發(fā)展，中國成為了重要的“世界工廠”，中國制造業(yè)設(shè)備供應(yīng)商在全球市場的份額也在不斷提升之中，隨著當(dāng)前產(chǎn)業(yè)競爭的加劇，盡快縮短本土企業(yè)與歐美廠商之間的技術(shù)差距已迫在眉睫，由此也為工業(yè)自動化行業(yè)帶來

　　了潛力可期的未來發(fā)展空間。萊迪思作為全球低功耗FPGA器件的領(lǐng)先供應(yīng)商，致力于為通信、計算、工業(yè)、汽車和消費(fèi)市場客戶提供從網(wǎng)絡(luò)邊緣到云端的創(chuàng)新解決方案，協(xié)助中國本土廠商邁向智能、安全、互連的新世界。