导语：FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，是异构计算技术领域的一项重要分支，在目前的工控行业中发挥着越来越重要的作用。近期，本刊采访到莱迪思（Lattice）半导体亚太区总裁徐宏来先生，请他详细介绍了近年来莱迪思在FPGA 器件开发上的主要思路和技术方向，以及最近推出的专门针对工厂自动化领域开发的 Automate 解决方案合集，从中我们也可以一窥当前在这一专业技术领域中的最新发展动向。
莱迪思（Lattice）半导体亚太区总裁徐宏来随着高性能数据分析、网络边缘、AI 人工智能等计算密集型应用的兴起，传统的通用计算方式已无法完全胜任庞大的算力要求，正基于此，异构计算成为了一项理想的解决方案。FPGA （Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列， 作为优秀的异构计算协同技术之一，在其中正发挥着越来越重要的作用。尤其是在工控自动化领域的伺服驱动、马达控制应用中， 目前主控芯片通常以“CPU＋FPGA”双核结构为主，利用 FPGA 器件并行计算且运算速度快的特点，实现多轴电机驱动，以及逼近模拟控制的高性能硬件电流环控制功能，为客户提供驱控一体化集成式运动控制解决方案。
专注低功耗 FPGA 创新开发
最近几年，原先以两大国际寡头为主阵营的全球FPGA 市场，经过一系列企业并购行为之后，供应格局发生了深刻的变化，
同时，技术开发路线也由独立 FPGA 转向整合集成的方向加速前进。例如，英特尔通过收购 Altera，入局 FPGA 市场；赛灵思和AMD 携手，与之分庭抗礼，背靠更为强大的资源优势，使得这些厂商主要专注研发的是加速特定任务的FPGA 器件，例如云计算、物联网数据中心的 AI 人工智能等等，它们大多都是功耗非常高的大型器件。
“Lattice 莱迪思则专注于低功耗FPGA 的创新和产品开发， 用于网络边缘应用，”徐宏来强调道，“这些应用的 OEM 厂商在设计选择器件时考虑的一个关键要素，就是器件的低功耗和小尺寸。莱迪思始终致力于低功耗FPGA 市场的应用开发，从2019 年末我们发布的 Lattice Nexus FPGA 平台就可以看出这一特点。”
莱迪思Nexus 是近十年来对低功耗FPGA 技术的一次重大突破，它结合了莱迪思在低功耗FPGA 领域长期积累的经验，以及领先的 28 nmFD－SOI 半导体制造工艺，开发出多种低功耗、高性能、高可靠性和小尺寸的解决方案（如CrossLink－ NXCertus－NXMath－NX，以及最新推出的 CertusPro－NX）， 为视觉处理、马达控制、光通讯等细分应用市场提供低功耗、安全可靠的 FPGA 器件方案。
除此之外，Lattice 莱迪思近几年另一个显著的变化是，成功地将发展重点从通信行业转移到工业和汽车领域，以适合当前市场的变化和企业自身的技术定位，并且已在工厂自动化和新能源汽车市场上取得了突破性成长。
“莱迪思是低功耗可编程器件领域的全球领导者。我们的FPGA 在低功耗、高可靠性和小尺寸方面处于行业领先地位。莱迪思将继续使用当前的 Lattice Nexus FPGA 平台，革新我们低功耗 FPGA 的性能和特性，到 2022 年下半年，我们将计划推出新的平台——Lattice Avant，继续延续这一创新优势。”徐宏来补充道。
Automate 解决方案瞄准工厂自动化
根据有关机构的调查预测，到 2027 年，包括各类上游元器件在内，全球工业自动化市场的规模将达到 3260 亿美元左右。谈到现阶段工业市场的需求特点，徐宏来指出，工业应用需要低功耗和小尺寸的半导体器件，从而最大程度地降低工业设计中的功耗和空间预算；此外，低延迟、精确的可预测性、高稳定性、接口灵活，这些都是工业自动化市场较为明显的需求点，为此， 莱迪思针对工业自动化进行了深层次开发，并已与多家行业领先企业展开合作，力争在这一市场上保持莱迪思 FPGA 器件的领先地位。
今年，莱迪思推出的Automate 解决方案集合可以说是一款专门针对工厂自动化领域伺服驱动、马达控制应用而开发的高性能、智能化、可拓展的多轴马达控制方案。它基于结合 28 nm FD－SOI 技术和优化 FPGA 架构的莱迪思 Nexus 平台，与同行方案相比，功耗降低多达 75％，尺寸减小多达 90％，控制马达的数量可增长 1 倍；SER（软错误率）最高降低 100 倍，从而实现了高可靠性和可用性，完全满足工控行业对低功耗、高安全性、网络化应用的要求。
在工业领域，要想精确地控制马达的转速和位置，响应速度快是很重要的一点，而这正是 FPGA 器件的一大特点，它类似于硬件驱动定制化的一种实现方式。Automate 解决方案集合利用莱迪思 Nexus FPGA 的性能优势，数据传输速率最快可达 MIPI D－PHY （2．5 Gbps） ， 以支持更快的响应速度，在伺服马达闭环控制系统中实现更高的定位精度、效率和精确控制性能。
此外，在工业 4．0 的大潮中，工业实时以太网的应用已是大势所趋，因应这一趋势，莱迪思 Automate 解决方案集合通过EtherConnect IP，采用集中式主控制器，支持嵌入式实时工业网络，实现实时网络互连、同步操作、感测、控制，以及网络安全、保护恢复等功能，为位于工厂自动化网络边缘层的伺服驱动、马达控制提供算力强大，且低功耗的技术方案支撑。
尤为值得一提的是，在这次莱迪思公布的Automate 解决方案合集中，还引入了拥有 AI 功能的多通道马达控制技术，以实现可预测维护功能，能够尽早发现马达性能的下降，最大程度地防止停机；且可扩展的AI／ML，支持多个马达；无需额外的传感器；本地化实现可保护数据隐私，并降低网络带宽成本等等。
市场供应持续保持增长
针对目前大多数工控厂商对于 FPGA 器件及其开发并不十分擅长的状况，莱迪思和其合作伙伴可以为这类客户提供具体的参考设计，并给予现场技术支持，以确保新产品的开发周期，满足客户对产品技术性能提升的需求。
另一个目前市场关注的热点是，由于新冠病毒疫情的蔓延， 以及恶劣环境气候等因素所导致的全球半导体供应链的阻滞，对包括伺服驱动、马达控制厂商在内的工业企业的产能带来了较大的影响。对此，徐宏来表示，近期市场所面对的主要挑战表现为需求与供应之间的矛盾，特别是在对半导体器件供应的管理上， 如何建立更可靠和有效的策略，以保证半导体器件的供应，是许多企业正在思考的一大课题。在莱迪思方面，在整体半导体市场供应紧缺的状况之下，通过与封装厂以及 Fab 厂商的紧密合作， 莱迪思持续保持对中国市场的供应增长，虽然交期有所增长，但价格暂时没有太大的波动。
经过近三十年的高速发展，中国成为了重要的“世界工厂”，
中国制造业设备供应商在全球市场的份额也在不断提升之中，随着当前产业竞争的加剧，尽快缩短本土企业与欧美厂商之间的技术差距已迫在眉睫，由此也为工业自动化行业带来了潜力可期的未来发展空间。莱迪思作为全球低功耗 FPGA 器件的领先供应商， 致力于为通信、计算、工业、汽车和消费市场客户提供从网络边缘到云端的创新解决方案，协助中国本土厂商迈向智能、安全、互连的新世界。
来源：中国传动网
