PLD版圖再延伸 通訊結合消費性/車用電子應用崛起

由於可程式邏輯晶片(Programmable Logic Device, PLD)一向應用於通訊市場，而通訊市場的成長卻在近年來逐漸趨緩，取而代之，消費性電子市場的快速成長振奮了各家PLD廠商，此外，汽車電子此一新興應用，對於提供高度安全、可靠產品的PLD廠商，也是一大利多。  

電信網路相關設備為大宗  

縱觀通訊市場，各家PLD廠商都有相關應用，多數是以網路相關設備為主。賽靈思(Xilinx)亞太區市場行銷董事鄭馨南(圖1)表示，目前有線及無線通訊應用占賽靈思亞太地區總營收的比例最重，約五成左右，主要應用於通訊的產品為現場可程式化閘陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)Vertex-4與Spartan-3，Vertex-4主要用在通訊大型基礎設施如交換器、路由器、控制器等，Spartan-3則鎖定量大、低成本的應用市場，主要的應用是線路卡(Line-card)。  

Altera亞太區市場總監梁樂觀表示，由於通訊介面變化大，相當適合使用PLD，該公司的客戶所生產的通訊產品包括用戶端設備(Customer Premises Equipment, CPE)、網路儲存設備、企業用路由器等，且多進入量產。  

同樣地，愛特(Actel)FPGA長期應用在通訊市場上，該公司東南亞區及台灣區資深業務經理彭炳彰表示，該公司鎖定電信及網路線路卡的管理、基地台、手持無線電等應用。  

目前快輯(QuickLogic)FPGA在通訊上的應用，是以快輯的QuickPCI II系列QL5822，提供英特爾的PXA處理器，橋接VLIO匯流排和MiniPCI來支持802.11g WiFi模組於嵌入式系統。台灣區業務經理王家緒表示，在此系統架構上，可再透過外加SRAM，增加速度，該橋接解決方案更可支援多個PCI接口，提供增加周邊元件如乙太網路、超寬頻、編碼器等於系統內的能力。  

雖然PLD多是應用在通訊網路設備市場，但多屬於國外市場，針對此一現象，萊迪思(Lattice)資深應用工程師吳育儒(圖2)表示，在台灣部分，較無廠商製造高端網路設備，因此台灣市場較小。  

CPLD與FPGA皆可應用於手機  

賽靈思相當看好未來PLD在消費性電子市場的發展，鄭馨南表示，目前在通訊結合消費性電子市場的主要應用為手機，採用複雜可程式化邏輯晶片(Complex Programmable Logic Devices, CPLD)，該公司的FPGA尚無法進入以電池驅動的應用，但賽靈思正在進行開發可以應用在手機上的FPGA。  

吳育儒表示，手機的規格、介面多，因此新台幣15,000元以上的高階手機與PDA皆可採用CPLD，且目前已有進入量產的實例。  

快輯推出新的FPGA產品如Eclipse II與PolarPro系列，加入低功耗特性，適合對於功耗特別敏感的應用，如可攜式裝置。王家緒表示，PolarPro系列FPGA在靜態電流狀態下可低至10μA，因此該公司將積極推廣由電池驅動、特別需要低功耗的應用，包括全球衛星定位系統(Global Position System, GPS)、智慧型手機、PDA、多媒體播放器等消費性電子應用。  

但Altera則不主動推廣PLD，梁樂觀表示，近來，消費性電子如DVD錄影機、LCD電視、機上盒等市場的成長很快，但在手機市場上，由於手機邁向小型化趨勢，其內部晶片朝向系統單晶片(SoC)發展，無法再加入其他晶片，因此Altera不會主動推廣PLD，但目前仍有少數客戶採用FPGA設計手機原型。  

除消費性GPS，FPGA也可應用至軍用GPS，彭炳彰表示，愛特依價格考量，其產品多是應用在高階GPS市場，例如軍用GPS，若在消費性GPS市場，客戶可選擇CPLD。  

車用娛樂及導航系統備受看好  

近來汽車電子市場熱度逐漸上升，所有業者皆開始思考如何切入，PLD廠商亦是。鄭馨南表示，在通訊結合車用電子部分，主要關注於車內娛樂與GPS系統，由於車用電子有嚴格規範，因此賽靈思提供的產品皆經過嚴格測試，及特別的包裝。應用在車內的無線傳輸技術如藍芽、RFID也都可以使用FPGA，只要不是電池驅動的產品便可以採用Spartan系列。  

梁樂觀也表示，車用通訊產品也可採用PLD進入量產，唯目前的困難點在於車用產品客戶過去較少使用PLD的經驗，因此Altera會積極教育客戶，提供更多PLD相關資訊。  

梁樂觀認為，引擎控制與引擎管理不適合使用PLD，所以將目標鎖定在使用介面，以及高階車種內的通訊系統。目前歐洲德國汽車音響業者Blaupunkt已採用Altera的PLD解決方案，成功應用於車用導航系統TravelPilot系列。  

吳育儒表示，其實對於PLD廠商來說，車用電子在台灣市場有限，台灣車廠少作行車電腦，多是切入娛樂應用，或是新興的車內網路，目前已有一些客戶採用其CPLD應用於車用娛樂系統，也有客戶已量產行車控制器。未來有機會進入的台灣車用傳輸技術市場包括WiMAX、GPS，可結合在行車電腦中。  

在反融絲(Antifuse)FPGA的產品市場，愛特為主要的供應商。反融絲FPGA是一種在編程電流經過時，電阻由高到低不可逆轉的元件，因為使用是一次性的，具有較高可靠性。而且它的分布電容電阻小，編程單元所占面積少，因此符合航太工程之需求。彭炳彰表示，在全球採用FPGA的航太、衛星等市場中，愛特占有相當大的市場，此外，車用與航太市場對於元件的要求相近，皆是需要高可靠性，因此愛特的FPGA也非常適用在車用市場，目前已應用在引擎控制、HID頭燈、CAN匯流排介面、車用監控等。王家緒也表示，車用FPGA的可靠性一定要高，快輯自行開發的ViaLink技術特別著重於保密性、可靠度，因此車用電子正是快輯相當適合進入的市場。  

90奈米製程為主流  

目前各家PLD廠商的FPGA多邁向90奈米製程技術，而CPLD製程技術則朝向不同方向發展。  

賽靈思的FPGA於三年前正式進入90奈米製程技術，鄭馨南表示，如今90奈米製程產品已臻成熟，累積出貨量達1,000萬顆。日前該公司推出採用65奈米先進製程的Virtex FPGA系列元件，其代工夥伴包括聯電及東芝將於2006下半年正式大量出貨，鄭馨南表示，Virtex率先導入65奈米製程技術，一旦產品成熟後，會再將Spartan導入。至於45奈米製程產品，要再等2～3年。  

鄭馨南表示，90奈米製程產品發展初期面臨兩個問題，即產品本身功能無法符合規格，以及良率過低，但現在已克服這些問題，也成為寶貴經驗，對於進入65奈米製程技術有相當大的幫助，該公司將嚴格透過測試，以確保品質。據了解，賽靈思新增東芝晶圓代工夥伴的原因也在於90奈米FPGA良率過低，無法克服功耗問題。目前賽靈思的晶圓代工廠包括聯電、東芝(Toshiba)、和艦、精工愛普生(Seiko Epson)，鄭馨南表示，這些晶圓代工廠各有特長，和艦與精工愛普生的技術成熟，負責生產賽靈思低成本的產品，至於聯電和東芝則具備高階65奈米製程技術。  

梁樂觀表示，該公司新一代FPGA產品已採用90奈米製程，預計再經過2～3年，90奈米製程FPGA才會降價，而65奈米製程FPGA正在研發中。他表示，從0.13微米製程演進至90奈米製程的最大困難在於功耗控制，Altera對於功耗掌握得很好，沒有延誤推出90奈米製程FPGA的時程，因此該公司很有信心65奈米製程FPGA也會如期完成，且他認為不一定要搶先推出市場，重點在於技術的領導地位。  

梁樂觀表示，若想開發65奈米製程FPGA，必須具備兩項條件，即技術團隊必須夠大，以及資金須足夠，畢竟開發成本是相當驚人的。  

吳育儒表示，萊迪思90奈米製程的EPC2將於2006年第二季推出樣品，於第三～四季量產，雖然推出時程稍晚，但就晶粒尺寸(Die size)作比較，萊迪思的90製程產品可以媲美其他家競爭對手的65奈米製程產品。目前65奈米製程產品可以量產的只有中央處理器(CPU)，65奈米製程PLD要進入量產，最快時間為2006年底～2007年。  

與晶圓廠的合作上，萊迪思一直與富士通保有良好合作關係，吳育儒表示，由於推展SP產品相當成功，而SP又與先前系列產品的硬體架構相同，因此一直與富士通保持合作，目前也正與富士通共同研發65奈米製程技術。目前富士通正在蓋新晶圓廠，擴充產能。  

愛特主推Flash架構，彭炳彰表示，Flash製程通常比SDRAM製程的困難度高，即便目前FPGA採用0.13微米製程技術，在對客戶報價時，相較於90奈米製程SRAM架構的FPGA，相當有競爭力，因為晶粒尺寸可以少10～20%。  

王家緒表示，目前快輯與台積電和Tower代工廠合作，採用0.18製程技術，與競爭對手的SRAM架構相較可有四倍的邏輯密度，因此不見得一定要採用最新製程，當然，90奈米製程仍是趨勢，快輯未來仍會走上90奈米製程技術。  

CPLD製程發展藍圖迥異  

賽靈思採用90奈米製程技術的FPAG產品已量產出貨，至於CPLD產品則停留在0.18微米製程，鄭馨南表示，該公司0.18微米製程CPLD進入成熟階段，現階段目標在於提升良率，2006年預計推出改良過的新產品，但未來仍會朝向更成熟、密度更高的製程技術邁進，以降低價格，但尚無法確認下一階段將邁向0.15微米或是0.13微米製程技術。  

Altera的MAX II系列CPLD目前採用0.18微米製程，是採用SRAM架構，梁樂觀表示，該系列產品同時使用SRAM架構搭配Flash開關的困難度相當高，在0.13微米製程仍未達主流量產階段，良率跟成熟期還有段距離。  

吳育儒表示，CPLD製程技術沒有再往前邁進的需求，由於目前CPLD的成本結構來自於包裝及晶粒尺寸，而包裝成本是固定的，即便製程再往前進，只能影響晶粒價格略降而已，因此沒有必要再進一步提升製程。  

聯合協力廠商加強競爭力  

PLD廠商多會透過與協力廠商合作，提升競爭力。梁樂觀表示，目前Altera與美國國家半導體的電源及德州儀器的DSP有合作關係，在挑選合作伙伴上，Altera分成兩種合作模式，一種是銷售合作，另一種是行銷合作。在行銷合作部分，該公司會選擇有實力、可長久經營的合作夥伴共同推廣PLD，至於銷售合作，則是藉由客戶要求而達成合作關係的廠商，例如因應某WiMAX客戶要求，而與ADI合作。  

鄭馨南表示，賽靈思目前的合作夥伴包括德州儀器DSP、飛利浦PCI Express、安捷倫等，挑選對象的考量為互惠互利，對方的智財(IP)或解決方案須亟具競爭力，才可提升自身競爭力，即便合作夥伴同時與兩家以上的PLD廠商合作，只要是有策略性、對客戶有利的合作方案，賽靈思也不怕競爭，且要考量功能、價格及後續的技術支援。賽靈思設有一部門專門尋找協力廠商，透過聯合開發或投資其公司，例如賽靈思聯合台灣一家投影機製造商，開發無線投影機，並由賽靈思在展場中推廣展示。  

賽靈思一直為安捷倫(Agilent)的客戶，多年來配合情形良好，因此雙方便進一步合作。安捷倫電子量測事業群行銷處市場專案經理潘光平(圖3)表示，安捷倫提供除錯解決方案予賽靈思，將ATC核心建立於賽靈思的PLD中，透過邏輯分析儀與混和訊號示波器進行偵測除錯，可針對不同接腳作任意配置，這套解決方案只與賽靈思合作，但其實也可適用於其他PLD廠商的產品。目前在業界中，太克與Altera也有類似的合作，其他PLD廠商則多是採用傳統方式，購買邏輯分析儀與混合訊號示波器作硬體配置。  

蠶食ASIC部分市場  

原本多在設計原型時使用的PLD，近來蠶食ASIC與ASSP的市場比例漸漸提高，許多應用已開始採用PLD進入量產。梁樂觀表示，1983～1997年，PLD只用於設計原型，1997～2001年，PLD用於量產高端的通訊設備，當時高端通訊設備少量、多樣，不在意PLD的價格昂貴，2001～2006年，隨著製程演進，PLD容量增大，開始逐步侵蝕ASIC市場。  

吳育儒表示，萊迪思量產型PLD在台灣多應用於消費性電子市場，平均一年出貨幾十萬顆，在工業用市場一年出貨約一千顆，現在ASIC開發商設定開發的數量門檻愈來愈高，確實有相當大的市場量才會進行開發ASIC，因此部分市場就流向PLD廠商。  

鄭馨南表示，PLD要取代ASIC或ASSP必須注意三項重點，第一，價格須具競爭力，PLD廠商應提供開發環境及技術支援，尤其是消費性電子產品的標準不斷改變；第二，供貨速度快，出貨週期短；第三，提供參考設計使客戶的產品能快速上市，因為客戶需要的是解決方案，而不想花費時間在設計上。目前90奈米製程PFGA可以取代0.18甚至0.15微米製程ASIC，未來65奈米製程FPGA可望取代0.13微米製程ASIC。  

多數車廠業者認為，在車用電子採用ASIC是較可行的方法，宣昶資深業務經理陳樹源則表示，車體環境複雜、車廠認證又很費時，而現在車廠多要求可以快速上市，採用PLD的可能性大增，如果只是在設計原型時採用PLD、進入量產又再採用ASIC，等於要認證兩次，太浪費時間。  

基本上，PLD搶食ASIC及ASSP市場量的定義也應該改變，鄭馨南表示，以42吋的LCD TV為例，目前賽靈思平均每月出貨量達1百萬顆，其實量不小。梁樂觀也表示，相較於5年前開發ASIC數量達1～1.5萬顆，ASIC開發已逐年遞減，直至2005年，開發數量已降至2～3千顆，但是PLD的出貨量在手機、MP3播放器等市場仍難超越ASIC，這些極大量市場目前還是以採用ASIC為主，因此PLD與ASIC的出貨量相比，仍有一大段距離。  

除了取代ASIC及ASSP外，PLD還有一種應用擴張的情形，梁樂觀表示，由於ASSP須考慮不同因素，因此須在一顆ASSP內加入多種功能，此時，也可透過外加FPGA以達多功能要求。  

搶占市場 擴大應用  

未來幾年，仍有新興通訊應用出現，但由消費性電子及汽車電子帶來的龐大商機也不可小覷。鄭馨南表示，根據2005會計年度的產品營收比重，賽靈思Virtex系列產品占53%、Spartan系列產品占21%，而CPLD產品占9%。若以全球PLD市場的市占率來看，賽靈思FPGA市占率達85%，CPLD市占率達15%，2005年該公司占全球PLD市場的市占率達51%，2006年第一季的增長速度相當快，營收已經爬回2000年網路泡沫化之前的高峰。  

就應用市場發展趨勢來看，鄭馨南表示，2002～2005年通訊市場的平均年複合成長率(CAGR)為-6%，稍微萎縮，然而消費性電子市場CAGR卻達42%，單看2005年的應用市場發展，通訊市場是零成長，消費性電子市場則成長13.8%，賽靈思將積極進軍高端消費性電子市場，例如顯示器、智慧型手機，但通訊市場仍是賽靈思在亞太地區的發展主力，包括3G、Wibro、WiMAX等市場倍受看好，目前已有中國大陸地區的客戶進行開發TD-SCDMA，且賽靈思不擔心TD-SCDMA市場發展是否面臨受阻或何時起飛的問題，鄭馨南認為在2008年之前，受惠於北京舉辦奧運，TD-SCDMA系統架構一定會建構完成。  

2005年Altera全球整體營收成長率達11%，在0.13微米製程以下的新產品營收大幅增加73%。梁樂觀表示，2005年，在所有PLD廠商的表現中，該公司的成長率最多，市場占有率亦有所增加。至於90奈米FPGA市場尚未成熟，預計2006～2007年才會進入量產。雖然目前Altera的PLD市占率仍低於賽靈思，但梁樂觀表示，假以時日，一旦0.13微米製程FPGA皆進入90奈米製程，該公司有信心超越賽靈思的市占率。  

看待未來近幾年PLD市場發展，梁樂觀表示，Altera將積極進入消費性電子、數位家庭、通訊整合計算，以及工業等高價格、低產量的市場，至於如網路電視(IPTV)、三合一(Triple Play)服務、2G、3G、WiMAX等通訊市場，在未來3～5年，對於Altera來說將成為非常穩健的基礎，目前該公司也已有客戶進行TD-SCDMA場測，Altera也相當有信心可以奪下中國大陸TD-SCDMA的一半市場。  

梁樂觀表示，汽車會於2007年進入全面電子化，特別在整個駕駛倉控制、汽車娛樂的電子化中，會對SoC需求大增，晶片公司不會馬上提供ASIC或ASSP應用，這是向汽車生產商推廣SOPC的大好機會。車用通訊產品也可採用PLD進入量產，唯目前的困難點在於車用產品客戶在過去較少使用PLD的經驗，因此Altera會積極教育這些客戶，提供更多PLD相關資訊。  

吳育儒表示，萊迪思會採用價格戰搶占PLD市場，他舉130奈米製程的EPC系列為例，EPC自2004年中推出，即以低價格對賽靈思的90奈米製程Spartan-3及Altera的90奈米製程Cyclone形成威脅，Altera因此再推出更低價的Cyclone II，預計採90奈米製程的EPC2於2006年第三～四季量產後，依經驗法則，該段歷史將再重演，預計2006年目標成長率為25%。  

愛特在2005年的營業額達1.8億美元，成長率為8%。彭炳彰表示，特別的是，該公司在過於連續五十九季(Quarter)以來，始終維持穩定成長態勢，即便在2001年網路泡沫化的衝擊下，仍不受影響。由於愛特PLD產品的安全性、可靠性高，在全球航太、衛星FPGA市場的市占率高達95%。  

彭炳彰表示，Flash架構PLD在市場上的能見度日增，已快追上既有反融絲編程PLD的使用率，未來甚至有取代的可能性。客戶對於CPLD的要求有愈來愈高的趨勢，未來可直接採用低密度FPGA，因此未來CPLD產品將會被ProASIC3取代，ProASIC3在量大時價格可降至1.5美元。  

王家緒表示，快輯相當看好消費性電子如GPS、手機等應用，快輯擴充市場的策略即提供更完整的解決方案，而不只是一顆晶片，還包括智財、參考設計、驅動軟體等。  

潘光平表示，與賽靈思合作三年以來，該除錯解決方案年成長率達20%，預期接下來每年都有20%以上的成長，顯現PLD市場的成長速度很快。事實上，邏輯分析儀既有市場逐漸萎縮，由於高速傳輸介面都從平行式邁向串列式，對於邏輯分析儀的需求減少，邏輯分析儀多被示波器取代，邏輯分析儀未來的唯一生存之道，即是與PLD廠商的合作，預計2006年底，安捷倫將推出一款新的邏輯分析儀，內建賽靈思的FPGA晶片，針對序列式解碼應用。他認為，邏輯分析儀與混合訊號示波器為PLD廠商必備的工具，內建韌體於PLD產品中為必然趨勢，未來會有愈來愈多類似的解決方案出現。