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Xilinx:FPGA是未来电子设计中不可或缺的元素
2015年06月01日
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硬禾实战营

无晶圆模式的开启者
Xilinx成立于1984年,3年以后台积电成立。无晶圆(Fabless)模式由台积电发扬光大,但无晶圆模式之滥觞实源于Xilinx。集成电路发明于1958年,随后的20多年里发展迅速,不过此时的半导体公司都是整合元件制造商(IDM),每家半导体公司都有自己的制造工厂(也称晶圆厂),制造工艺的继续演进使得很多半导体公司背上了沉重的资金包袱,要么不断地投入资金改进工艺和产线,要么逐渐被竞争对手甩开,退出半导体市场。
Xilinx的三位创始人之一的Bernie Vonderschmitt就曾饱受资金不足的困扰。Vonderschmitt在RCA(美国无线电公司)工作了30多年,他是被RCA的传奇领袖David Sarnoff亲自招来的。Vonderschmitt最早负责电视项目的研发,NTSC标准即是由Vonderschmitt的项目组制定的。由于在NTSC电视项目上表现出色,Vonderschmitt被任命为副总裁兼固态电子部门(Solid State Division)总经理,负责RCA的半导体事业。

 

 

Ross Freeman(左)和 Bernie Vonderschmitt(右)

Vonderschmitt开创了无晶圆模式

 

在负责RCA半导体业务时,Vonderschmitt已经感受到IDM模式的困境,由于经常得不到RCA集团的资金支持,RCA固态电子部门往往不能按时把新工艺和新技术推向市场。这种状况在RCA公司的管理者由David Sarnoff的儿子Robert Sarnoff接任后尤其明显,Robert Sarnoff明确半导体不是RCA的核心业务。

 

Vonderschmitt在1979年离开RCA,休息了一段时间后加入了Zilog,在Zilog遇到了Xilinx的另外两位创始人Ross Freeman(FPGA的发明人)与Jim Barnett。

 

“如果我要做一家半导体公司,那么它一定是无晶圆模式的!”  Vonderschmitt发誓道,所以当Freeman与Barnett找到他一起创业时,Vonderschmitt已经想好了要请人来代工。他找的是与之相识十多年的日本精工总经理草间三郎(Saburo Kasama),Vonderschmitt在RCA时曾将CMOS工艺授权给精工,精工以此工艺生产电子手表大获成功。Vonderschmitt游说草间三郎,他说帮助Xilinx代工可以提高精工晶圆厂的产能利用率,并可把未来一部分产线投资转嫁给Xilinx,如果Xilinx大获成功精工也能获益。这个协议能够签下主要依靠Vonderschmitt与草间三郎的友谊,整个合同只有两页,精工获得了Xilinx FPGA在日本的独家代理权。
制程越先进,可选择余地越小

凭借先进的技术与商业模式,Xilinx发展迅速。2014财年收入达到24亿美元,在FPGA市场占了超过50%的份额,其中28nm工艺FPGA市场份额更高达70%。FPGA的应用范围也不断扩大,航空航天、军事国防、通信、工业、科学、医疗、音视频、广播、计算与存储、测试测量、汽车电子与消费电子,几乎所有的场合都可以见到FPGA的身影。

 

“FPGA应用涵盖了我们能够想象到的所有业务”,Xilinx 大学计划亚太区经理陆佳华说,FPGA在并行计算与后期可配置方面的优势使得其在数据中心与软件定义应用(例如软件定义网络SDNet、软件定义SoC、软件定义加速器SDAccel)等方面越来越受到重视,即使高端消费电子领域,采用FPGA的例子也不鲜见,他举了一个例子,韩国推出了一款电视,是3D/4K可选择的,里面内置了FPGA板卡,根据消费者的需求,烧入不同映像(image)文件,电视就会相应变成3D电视或4K电视。

 

半导体工艺的发展使得FPGA的集成度越来越高,从早期的FPGA与I/O和存储器分开,到后来FPGA把I/O和存储器集成在一起,现在的趋势是把处理器也与FPGA集成在一起,成为系统集成芯片(SoC)。用Xilinx的话说就是:可编程系统开创了系统集成设计的新时代。

Xilinx Zynq系列产品就代表了这种发展方向,Zynq是业界首款全可编程SoC,最新的Zynq基于Xilinx UltraScale MPSoC架构,集成了ARM Cortex A53硬核、ARM Cortex R5实时处理器、Mali GPU、UltraScale FPGA、包括USB3.0与千兆以太网在内多种高速接口、电源管理、硬件安全以及全套的软件开发环境。Zynq系列不只是芯片,更是一个完整的开发平台。

 

“Zynq与锌的英文发音相同,锌是人体必需的元素,Xilinx认为FPGA也是未来电子设计中不可或缺的元素。” 陆佳华说道。

 

Xilinx产品路线图

 

工艺的发展导致开发与制造成本不断上升,而Xilinx坚守高毛利市场使得它的产品出货量不会像手机应用处理器的量一样大。为控制成本,进入20nm以后,Xilinx的产品线逐渐减少,从之前的低中高Artix、Kintex、Virtex,到将来会只保留Virtex一条产品线。

 

FPGA教育,从培养兴趣开始
美国电子工程人员流失情况严重,据统计学习电子/计算机的学生,毕业后从事本行业的不到20%,毕业四年后还从事本行业的不到10%。每一个新人进入电子行业的同时,有2~3名工程师离开了电子业,因此美国现在电子工程岗位严重缺人。

 

对于这种状况,Xilinx认为激发学生对于电子工程的兴趣应该放在第一位。电子工程本质上是应用科学,学生们不可能仅通过课堂上的理论学习就能够在以后的工作中游刃有余,必须通过大量实际项目的实战演练,才能够在以后的项目开发中得心应手。

 

而大多数的学生缺乏这样的实战锻炼的机会,工作后一接触项目往往有畏难情绪,这也是不少人在工作四年之内改行的原因。

 

Xilinx大学计划亚太区经理陆佳华为硬禾学员进行培训

 

Xilinx的大学计划就是从培养学生的兴趣着手,陆佳华认为首先要让学生感兴趣,然后学生才会有意愿投身到电子产业。这项从1985年就开始的项目,目前已经在全球1600所大学中展开,举办竞赛、搭建社区、提供开源项目供学生和工程人员参考,Xilinx竭尽全力改善FPGA的产业教育环境。

 

这次陆佳华即专程来为硬禾实战营的学员们进行Xilinx FPGA的培训,他在现场为硬禾学员展示了以往Xilinx大学计划的一些项目,引起了学员们极大的兴趣,双方互动非常热烈。陆佳华认为硬禾实战营代表了电子工程教育的新方向,以后双方可以合作的机会很多,唯有唤醒学生对于电子产业的兴趣,通过实战锻炼学生的实际能力,才能有大量合格的工程人才源源不断的输入到工程界,才能保证电子产业的健康发展。

 

硬禾实战营(www.ecbcamp.com):以实际产品为切入点,通过实际产品解耦信号链各个节点中的重点技术、产品、设计思路,同时会在整个实战过程中锻炼每个学员的项目分割能力、团队协调能力、表达演讲能力等综合素养。借助三个月的高强度、快节奏的系统性实战训练,让真正热爱电子技术的学生、工程师、创客迅速积累真正优秀工程师和技术管理者应该具备的专业技能、全局思维、职业素养,不仅让学员走向实际工作岗位后迅速适应、迅速成为职场的中坚力量,更为学员未来成为技术型管理人才和技术型创业人才奠定必要、坚实的综合基础。

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