大约4、5年前，在FPGA和传统ASIC业界之间悄悄兴起了一个新名词：结构化ASIC(Structured ASIC)，这个有人将它视为理想折衷，也有人将它评为一时风潮而嘘声不断。虽然部分调研机构仍对结构化ASIC持乐观的看法，甚至认为到2008年时将达10亿美元的规模！究竟，这个夹缝中求生存的解决方案，未来是否会有增长空间？
当半导体工艺越往深亚微米、纳米等级迈进，高昂的光罩与流片(NRE)费用势必成为业者的一大负担；一旦中途发生设计变更或制造流程有瑕疵，对于一板一眼的ASIC来说，先前投入只能忍痛付诸流水！另由于科技产业变化迅速，往往能取得先占优势(first-mover)，特别是在以“吸脂策略”为诉求的高价消费类电子产品上。只要功能特性正中消费大众下怀，领先时间幅度又够大的话，待得竞争者推出类似产品，也多只能望尘莫及、很难后来居上；就算勉强争得一席之地，先进者很可能已借着同一基础架构之利，乘胜发布第二代新品。结构化ASIC的发迹初衷，即是为了平衡投片成本与设计灵活性而生。
夹缝中求生存的折衷方案
以可编程见长的FPGA，由于芯片面积利用率低，必须耗用更多的电路面积才能实现与ASIC相同的功用，耗电亦大(高端FPGA因为静态漏电过多，耗电问题可能更严重)；且为使芯片内各单元能同步，在运作的时序和时钟上常有诸多牵制，无法像ASIC能有更多优化处理，也不易取得量产效益。而理想上，结构化ASIC能运用In-System Program的系统内程序烧录技术，正式产品出货后依旧可修改电路的特性，正可弥补此空缺。
ChipX公司是结构化ASIC发起厂商之一，该公司成立之初即专精于发展Structured ASIC，目前有CX2000、CX3000、CX4000、CX5000、CX6100、以及CX6200等，倡导“FPGA用于开发产品原型，结构化ASIC用于小量生产，待经过市场历练后，再提供将结构化ASIC转成标准电路单元ASIC的服务”的三足鼎立说；著名FPGA厂商Altera也力赞此论调，以HardCopy结构化ASIC解决方案企图为FPGA另辟财源，迄今已推出两代产品；其HardCopy II宣称采0.13μm工艺，有2层金属层可供客制化，在效能表现上比Altera自有的FPGA──Stratix II快上50%，同时用电比Stratix II少上40%。Altera也是少数勇于正面公布营收数据的厂家，中国区销售总监赵典锋表示，去年结构化ASIC对Altera整体营收的贡献度为5%，且依他们的看法，该市场仍处于萌芽期，相信未来仍有增长的趋势。
而eASIC公司的Structured ASIC为FlexASIC，该公司对FlexASIC最特别的主张是“零NRE成本”、无最低的投产订量限制、往返时间低于3星期，并进一步打破前述ASIC、结构化ASIC和FPGA各有所长的说法，主张可将原型设计一路到底进行量产。此外，日系厂商算是对结构化ASIC最为投入者，富士通的AccelArray同样打着介于FPGA、Cell-based ASIC间的优点，标榜定制化逻辑集中在3层金属光罩层，预先排布内存、模拟锁相环以及相关逻辑，此外也采内嵌正反器以降低用电，I/O Cell部分可规划成各种需求的逻辑传输信号型态，强调能在一个月不到的数星期内让芯片及时上市；而NEC则与Synplicity合作，由Synplicity提供EDA辅助软件工具─Amplify ISSP Pro，让芯片设计者的RTL层次设计图能尽速转化成可正式投产的最终型态。
遭双头挤压的中间消失地带？
要将这么一个新东西顺利设计出来并加快量产脚步，少不得取得第三方广泛的支持；那么，他们的态度又是如何呢？核心IP供应商和EDA业者的动向尤为备受关注；在晶圆代工厂方面，据悉TSMC和UMC对此也有相当投入，而在IC设计服务业者方面，包括与两家国际foundry厂商关系密切的智原科技(Faraday Tech)和创意电子(Global UniChip)在内的几家要厂，对此亦甚表积极。另一方面，Structured ASIC的业者自身也不敢忽略开发工具的重要性，纷纷发表相应软件来便利使用者，如：Altera在HardCopy II上提供Nios II处理器、LSI Logic在RapdiChip上提供CoreWare的各类型应用IP……或内嵌或选用IP的做法；但奇怪的是，LSI Logic却率先传出退出结构化ASIC市场！再来检视一下独立的IP Core Provider方面，原本亦颇积极投入的Lightspeed(相应产品称为Mask Reconfigurable IP，光罩可重配置IP)，也在今年初宣布更名为Lightspeed Logic，并自身定位将从结构化ASIC供货商转变为IP供货商……似乎都为该产品的前景蒙上一层阴影。
EDA工具方面亦不表乐观。尽管陆续传出Magma Design Automation、Synplicity和Synopsys等背书的消息，Synplicity却在日前步上LSI Logic后尘，正式弃守结构化ASIC市场。虽然据悉，Synplicity总裁依旧矢口否认该市场的衰败，并坚持其仍具有一定的成长潜力，但一方面却又以行动宣告着：将重新调整该公司FPGA实现和ASIC验证产品线的研发重点和人数。这是否都意谓着所谓结构化ASIC已陷入“stuck in the middle”的泥淖？其原因不外乎：结构化ASIC仍较标准单元(Standard Cell)的ASIC高，而在设计灵活性上显然又不如FPGA。
进一步细剖反对声浪主要来自于：ASIC业者多讥讽这只是游走在边缘的把戏，在执行效能上远不如硬件固化后来得稳定，且一旦光罩成本能有所突破，ASIC投片费用将可能获得大幅调降；而对大部分FPGA来说，多主张只要FPGA持续强劲发展，Structured ASIC所强调的中间价值亦将荡然无存。其次，Structured ASIC还是需要开设光罩，然后送至晶圆代工厂进行投产，势必牵涉到晶圆厂的工艺技术问题，因此制程的标准化对Structured ASIC而言相当重要。反观目前的Structured ASIC尚缺乏一套标准化的制造流程，倒是行之有年的ASIC、FPGA在制程上有相当成熟的标准化，倘若要抽换、转移整体过程中的任一环节都可以很平顺，同时过程中有任何的穿插也能轻易地接轨、整合。
最后一个不利于结构化ASIC的因素是：尽管据统计，现有ASIC制做件数中，约有高达61%的比例会重出光罩，这也是当初可编程需求之所以应声而起的原因。然而随着无光罩微影、3D晶圆电路设计等工艺技术的演进，一旦每单位面积的电路成本锐减、布线的距离有效缩短、布线方式更具弹性、用电性大幅改善、效能也显着提升后，结构化ASIC所谓“中间价值”这个诱因，是否会更显得荡然无存？
固守FPGA城池 扩展应用也是出路
事实上，最早于1986年提出FPGA一词的赛灵斯(Xilinx)，在多年前也曾尝试过类似Structured ASIC型态的做法，当时称为HardWire，却因发现在大规模解决方案的开发过程中，保持时序(timing)的问题变得日益艰难，随后放弃推行，而改以EasyPath FPGA代之，将FPGA转化成ASIC的程序时间、成本再行缩短，以既有模式、程序的强化来因应Structured ASIC。Xilinx认为，以既有FPGA进行整体开发程序的再精进提升，即可达到Structured ASIC所提倡的“低NRE、快TAT”价值。
Xilinx亚太区行销董事郑馨南表示，由于资源集中的“专精”策略奏效，其2005年总体销售额已回到2000年高峰的水平，恢复元气的力道惊人。为开展FPGA的应用，赛灵斯于去年第4季开始把目光投向嵌入式微处理器，将高端DSP市场列为研发重心，基于Virtex-4系列推出XtremeDSP。这么一来，是否又会踩到ASIC厂商的地盘？赛灵思的解释是，他们与ASIC厂商保持的是Co-Competition竞合态势，有些通信应用的客户群为追求更优化的效能，会在DSP之外另加上一个“协处理器”(Co-processor)，此时具有完全可编程好处的FPGA，便是因应定制化需求的极佳选择。
由于使用新的DSP算法提高DSP的集成度，让设计人员可借助500 MHz下多达512个XtremeDSP区块，来应对复杂的挑战，实现大量中频－基带下变频通道、用于3G扩频谱系统的128X芯片速率处理，以及高分辨率H.264和MPEG-4编码/解码算法。芯片中的XtremeDSP区块经过定制，可以独立达到500MHz的性能，或整列组合在一起以实现DSP功能；且支持40多个动态控制的操作模式，包括乘法器、乘法器-累加器、乘法器─加法器/减法器、三输入加法器、桶形移位器、宽总线多路复用器或宽计数器。
此外，FPGA的发展也帮助推动了最新工艺技术的发展。例如，Xilinx的Spartan-3器件很早就采用了90nm、300mm工艺的tape-out，并很快推出了采用相应工艺制造的器件，而Virtex-II Pro系列可提供更高的密度和更大的封装尺寸。之后，继2004年率先推出基于三极栅氧化层技术、以便能够在整个器件上选择性地优化性能、功耗和操作电压的90nm Virtex-4系列，日前赛灵思展示了其65nm工艺新一代Virtex FPGA系列中的首款器件，现已开始向试用客户提供软件，将于2006年下半年全面供货。
平台化的FPGA的好处还不止在于逻辑门和I/O数量，还有丰富的设计资源；Xilinx平台FPGA集成了区块存储器、软/硬处理器芯核、DSP功能和可编程I/O连接功能，以及由Xilinx公司和第三方供应商开发的其它IP，这些对于DSP系统实现非常关键。每个设计小组还为完全可编程的器件增添了他们自己的差异化IP，完全的可编程能力为半导体芯片提供了最大的灵活性和最有效的使用。
结语：发挥所长据以清晰定位才是重点
在目前所有的FPGA业者中，只有Altera一家是对Structured ASIC表示支持，其余的FPGA业者几乎是一面倒地表示异议，而倾向强化FPGA转成Structured AISC的程序成本与时间。在日前一场和Altera公司亚太区市场总监梁乐观的会晤中，编辑忍不住又提及了这个话题，并询问他对近来结构化ASIC业态演变的观感。对此，他有着另一套的解读：虽然陆续传出一些厂商退出结构化ASIC领域的消息，但这只代表着他们个别的决定，并不意谓着这个市场的黯淡。以LSI Logic的案例来看，由于他们毕竟是以ASIC起家的，客户规模虽大，但数量却少，自然在像结构化ASIC这种还是要以“量”取胜的战局中，显得较为力不从心；但Altera就不同了，他们是从FPGA的角度出发来配置公司资源，在既有客户基础上也较占优势(客户数约是一般ASIC的10倍之多)，因此Altera还是相当看好结构化ASIC的市场。
这样的说法，彷佛也和前述Synplicity总裁所见略同。其实换个角度思考，由于数字芯片的复杂度愈来愈高，为了让产品尽早上市，有许多设计人员越来越倾向使用可立即派上用场的IP硬核，而非强调设计灵活性的软核(这点和ARM中国总裁谭军在市场上的亲身体验是一样的)，这对Structured ASIC的发展未必不是件好事。何况，时代在演进，名词的涵义也不再那么绝对；今日的ASIC早已脱离最初全订制型、Gate Level或Gate Array的层级，取而代之的是Cell-based ASIC；而FPGA亦逐渐朝向固化发展，将一些功能电路内嵌于其中，除了可程序化的组态内存，也加入了微处理器(MPU)、数字信号处理器(DSP)、高速串行接口等资源，大有融合之势。
若就此片面定论结构化ASIC再无生存空间，似乎也略嫌武断；或许诚如Altera梁乐观先生所说：“市场的成败，是取决于从什么角度来思考；以结构化ASIC来说，从FPGA为出发点来运作，显然要比从ASIC较具优势。总归一句：凡事要审慎“衡外情，量己力”，客观确认自身长处然后据以发挥，才是正道！
