Femtocell成新戰場　FPGA/ASIC戰火延燒

在3G問世以後，通訊技術之進展腳步可說是更加快速與多元，不論是通用行動通訊系統(UMTS)系列一路由高速封包存取(HSPA)往長程演進計畫(LTE)邁進、CDMA2000升級進入EV-DO版本，或是全球互通微波存取(WiMAX)的出現，在在呈現了通訊技術的百花齊放。然而，多元且具高度變化性的後3G時代一旦來臨，也成為現場可編程閘陣列(FPGA)最佳的發展契機。  

FPGA搶商機當仁不讓  

圖1　賽靈思亞太區行銷與應用部門總監張宇清認為，通訊產業持續發展，也是讓FPGA大展身手之絕佳契機。

談及FPGA近期在通訊產業的發展，賽靈思(Xilinx)相當樂觀。賽靈思亞太區行銷與應用部門總監張宇清(圖1)指出，通訊產業在此波尚未止息的金融風暴中，可說是受創最小的垂直產業之一。包括中國與印度的投資，都讓通訊產業意氣風發，而其中更以大型通訊設備為主要發展市場。  

張宇清表示，相較於終端產品適合特定應用積體電路(ASIC)之應用，大型基地台由於須要同時支援多種通訊技術與標準，因此不少網通設備廠商均偏好以FPGA為核心。而隨著介於大型基地台與小型終端裝置之間的毫微微型蜂巢式(Femtocell)基地台問世，賽靈思也將其視為下一階段FPGA得以大展身手之處。  

張宇清透露，相較於過去，大型基地台對一般民眾的接受度愈來愈低；而龐大的興建與營運成本也讓電信業者卻步，因此小體積、低功率與低耗電的毫微微型蜂巢式基地台(圖2)得以出頭。  

資料來源：Verizon 圖2　毫微微型蜂巢式基地台之終端產品已經陸續問世。

一般來說，毫微微型蜂巢式基地台由於須要滿足不同通訊技術之要求，例如能夠收發HSPA、CDMA2000 EVDO或WiMAX訊號，因此特別需要可彈性設計之解決方案。再加上上述通訊技術或標準本身即具有問世尚短、仍在演進中等特性，因此更加適合FPGA之應用。  

如今年稍早時賽靈思開發之LTE基頻目標設計平台，便期望加速4G無線基地台之開發，同時降低成本。該款由賽靈思Virtex-5或Virtex-6系列FPGA及接入分組處理器和軟體打造之平台，可為4G射頻標準提供數位基頻與傳輸解決方案，包括LTE的分頻雙工(FDD)和分時雙工(TDD)模式等。此外，該平台還為通道卡和網路介面傳輸卡提供靈活性，以滿足從毫微微型蜂巢式基地台到大型(Macrocell)基地台的部署要求。  

萊迪思(Lattice)也同樣在此有所著墨。該公司策略行銷經理Van Macomb指出，相較於大型基地台，毫微微型蜂巢式基地台僅需要簡化過的處理器，加上延續過往先期技術由FPGA領軍的態勢，因此毫微微型蜂巢式基地台的早期部署將會遵循相同的歷史路徑，由低成本FPGA來取代ASIC，同時使系統設計者跟上毫微微型蜂巢式基地台市場的價格變化。  

可編程ASIC冒出頭來  

相較於純粹的ASIC與FPGA，目前也有業者提出介於兩者間的產品，包括由ASIC出發的德州儀器(TI)與從FPGA產生變化的Altera皆屬之。  

事實上，看好毫微微型蜂巢式基地台將在2011年大幅成長的商機，德州儀器早 就準備好可彈性化之數位訊號處理器(DSP)，積極搶占市場。也由於過去如毫微微型蜂巢式基地台般未成熟的市場，多半是FPGA的天下，頗有與FPGA互別苗頭的意圖。  

德州儀器半導體行銷應用協理暨資深科技委員會委員鄭曜庭(圖3)指出，毫微微型蜂巢式基地台屬於相對年輕的技術與應用，因此，不少業界標準尚未底定。在過去的經驗中，此類未臻成熟的產品，多半由FPGA所占據。但由於德州儀器看好毫微微型蜂巢式基地台的未來發展，因此在其DSP中提供可程式化功能，有助於因應彈性需求而進行設計。  

圖3 德州儀器半導體行銷應用協理暨資深科技委員會委員鄭曜庭表示，具有高度彈性化之數位訊號處理器，在各式通訊標準紛陳的今日，特別適合毫微微型蜂巢式基地台之發展。

另外，鄭曜庭也指出多項可彈性化之DSP在毫微微型蜂巢式基地台上之優勢。他透露，目前毫微微型蜂巢式基地台雖多以小型家戶為主要應用，用戶人數可能介於八至三十二人之間。但隨著未來市場演變，毫微微型蜂巢式基地台亦可能走入小型或甚至中型商業環境，同時須支援六十四或更多用戶數量。而具有高度彈性之DSP，自然能協助原始設備供應商(OEM)視最終產品應用而打造適合產品。  

鄭曜庭亦透露，年紀尚淺的毫微微型蜂巢式基地台，標準也不斷在演進中。如果製造商急於打造終端產品，卻在研發或生產途中面臨標準改變，可彈性調整之DSP則有其優勢，可因應環境變化而改動。  

據悉，德州儀器近期力拱之處理器乃內建一硬核處理器，再輔以彈性編程軟體，允許開發人員針對全球行動通訊系統(GSM)、分碼多重存取(CDMA)、寬頻分碼多重存取(WCDMA)、TD-SCDMA、WiMAX等。其中TCI6485可支援八名用戶，TCI6489則可支援三十二名。  

另一家FPGA業者亦抱持類似看法，認同FPGA在通訊產業可望大展身手。Altera亞太區高級市場經理羅嘉鸞指出，該公司一直關注通訊產業的發展，而且該市場領域是Altera的一個重要利潤來源。近期在中國大陸的3G無線通訊開始進入商用階段、不少設備廠商也在積極研發4G的通訊設備，加上無線通訊基礎設施的升級亦推動了有線通訊市場的發展，在在刺激了具有收發器的FPGA之成長。  

事實上，因為行動網路營運商普遍認為毫微微型蜂巢式基地台是提高家庭和小型辦公/家庭辦公(SOHO)用戶服務覆蓋率的支撐技術，因此利用毫微微型蜂巢式基地台，行動服務供應商將可提高最終用戶的通訊品質，以便降低客戶流失率、減少網路營運開支，同時開拓高利潤的最後一哩(Last Mile)市場。而既然對於網路設備開發商和生產商而言，讓產品迅速上市、高性能和低成本將是獲得成功的關鍵，因此Altera也認為，該處將是該公司解決上述挑戰的最佳解決方案。不過，在此略有不同的，是Altera係利用結構化ASIC以完成上述目標。  

結構化ASIC與標準單元ASIC的區別在於，前者多經過預先加工，在製作過程中為後續的專用設計預置在最佳階段，而當用戶專用設計訊息到達後，這些預置晶片即可採用預留的金屬層來進行客製化。尤其因為結構化ASIC只須要花費金屬層成本，而不像標準單元ASIC進行全套模版的替換，成本自然較為低廉。另外，由於結構化ASIC大部分經過了預先製造，因此生產時間也大為縮短。  

但不論是從FPGA、ASIC或是介於兩者間之角度間出發，相關業者對於毫微微型蜂巢式基地台之發展顯然抱持樂觀態度，也認為在未來兩年內將出現爆發性成長。因此業者也不諱言，此時將是技術研發的關鍵時期，誰能在最短時間內開發出最適合毫微微型蜂巢式基地台發展之技術與產品，誰就能在未來稱王。