Programmierbare Logik ForgeFPGA: Renesas steigt in den FPGA-Markt ein

Autor Michael Eckstein

Chiphersteller Renesas steigt in den FPGA-Markt ein: Die Bausteine der neuen ForgeFPGA-Familie sind als Ultra-Low-Power-, Low-Cost-Chips für Anwendungen mit geringer Logikdichte und hohen Stückzahlen ausgelegt. Zur Seite steht ihnen eine laut Anbieter kostenlose, einfach zu bedienende Software, für die keine Lizenzgebühren fällig werden.

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Nicht ganz neues Neuland: Für die ForgeFPGA-Familie zeichnet das Silego-Team verantwortlich, das Renesas mit Dialog Semiconductor im Februar 2021 übernommen hat.
Nicht ganz neues Neuland: Für die ForgeFPGA-Familie zeichnet das Silego-Team verantwortlich, das Renesas mit Dialog Semiconductor im Februar 2021 übernommen hat.
(Bild: Renesas Electronic)

Der unter anderem für sein umfangreiches Mikrocontroller-Portfolio bekannte Chiphersteller Renesas Electronics (Renesas) bringt heute eine neue Produktlinie auf den Markt: ForgeFPGA.

Mit den nach eigenen Angaben sehr kostengünstigen und stromsparenden Bausteinen betritt der Hersteller Neuland und steigt in den von Firmen wie Xilinx, Intel oder auch Lattice Semiconductor beherrschten Markt für Field-Programmable Gate Arrays (FPGA) oder auch Adaptable Computing ein.

Komplett neu sind die Bausteine indes nicht, sondern das Ergebnis der Übernahme von Dialog Semiconductor Anfang des Jahres. Dialog seinerseits hatte 2017 Silego Technology gekauft, Entwickler der programmierbaren Mixed-Signal-Bausteine GreenPAK. Eben dieses Entwicklerteam zeichnet nun auch für das Design der ForgeFPGA-Familie verantwortlich.

ForgeFPGA: Entwickelt vom Dialog/Silego-Team

Renesas hat auch das erfolgreiche Geschäftsmodell von Dialog/Silego übernommen: Den Hardware-Chips steht eine leicht bedienbare Softwareumgebung zur Seite, für die keine Lizenzgebühren fällig werden. Auch ein weltweit verfügbarer Applikationssupport steht bereit. Mit diesem Modell hatte Silego Milliarden von GreenPAK-Bausteinen verkauft.

Die ForgeFPGA-Familie adressiert den nach Ansicht von Renesas unterversorgten Markt für Bausteine mit geringer Zahl programmierbarer Logikzellen, mit denen sich schnell und effizient Lösungen für kostensensitive Anwendungen entwickeln lassen. Typische Applikationen wie Videoschnittstellen in Vision-Lösungen kommen etwa in Volumenmärkten wie der Automobilbranche zum Einsatz.

Konkurrenz zu Lattice NX-FPGAs

Damit tritt das Unternehmen in erster Linie in Konkurrenz zu Lattice, das sich mit seinen CrossLink-NX-, Certus-NX- und Mach-NX-FPGAs und den auf maschinelles Lernen ausgerichteten SensAI-Lösungsstacks ebenfalls auf dieses Marktfeld fokussieren. Die NX-Familien basieren auf der neuen Lattice Nexus-Plattform: Technische Grundlage ist ein „Fully Depleted Silicon on Insulator“ (FD-SOI) CMOS-Fertigungsverfahren, mit dem sich sehr energieeffiziente Chips mit 28 nm Strukturgröße herstellen lassen.

Renesas verspricht, dass Anwender mit seinen neuen ForgeFPGA-Bausteinen „drastische Kosteneinsparungen gegenüber anderen Alternativen, einschließlich Nicht-FPGA-Designs“ realisieren können. Durch ein hohes Maß an Integration würden sie die Gesamtkosten für Platinen und Systeme reduzieren. Der prognostizierte Volumenpreis von deutlich unter 0,50 US-Dollar erschließt Anwendungen, die bisher aus Kostengründen nicht mit FPGAs realisiert werden konnten, darunter hochvolumige Consumer- und IoT-Anwendungen.

Für Anwendungen mit weniger als 5.000 LUT

Die ForgeFPGA-Familie ist für Anwendungen ausgelegt, die mit weniger als 5.000 Logikgatter auskommen. Die ersten Chips kommen mit 1.000 und 2.000 Look Up Tables (LUTs) auf den Markt. Für die ersten Bausteine gibt der Hersteller eine Standby-Stromaufnahme von weniger als 20 Mikroampere an, was etwa der Hälfte der Leistung von Konkurrenzprodukten entspricht.

Die lizenzgebührfreie Entwicklungssoftware bietet laut Renesas zwei Entwicklungsmodi, die sowohl für neue als auch für erfahrene FPGA-Entwickler geeignet sein sollen: einen „Makrozellen-Modus“, der einen auf Schaltplanerfassung basierenden Entwicklungsablauf verwendet, und einen „HDL“-Modus, der FPGA-Veteranen eine vertraute Verilog-Umgebung zur hardwarenahen Programmierung bereitstellt.

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Der Markt ist bereit für die Mini-FPGAs

„Ein etablierter Halbleiterhersteller wie Renesas nimmt einen lange ignorierten Teil des FPGA-Marktes in Angriff: kleine, kostengünstige FPGAs, die im Standby-Modus nur wenige Mikrowatt verbrauchen“, findet Steve Leibson, Principal Analyst bei TIRIAS Research. Nachdem Renesas Anfang des Jahres mit der Übernahme von Dialog den Hersteller programmierbarer Bausteine Silego übernommen hat, scheine das Unternehmen entschlossen zu sein, den Erfolg von Silego mit seiner GreenPAK-Linie von programmierbaren Mixed-Signal-Bausteinen und supereinfachen Design-Tools zu wiederholen – dieses Mal allerdings mit einer Low-End-FPGA-Linie, die viele Unternehmen ansprechen werde, die für ihre Projekte nur wenig programmierbare Logik – etwa tausend Gatter – benötigen. „Damit können Sie Daten in unzähligen Produkten erledigen, etwa Milliarden von eingebetteten Sensoren und IoT-Geräten“, sagt der Analyst.

„Wir freuen uns darauf, unsere Position auf dem Markt für kleine, kostengünstige, programmierbare Bausteine auf FPGAs auszuweiten“, sagte Davin Lee, Vice President der Mixed-Signal Division in der IoT and Infrastructure Business Unit von Renesas. Aus Erfahrung und direkten Gesprächen wisse man, dass diese Bausteine für große und kleine Unternehmen in zahlreichen Märkten auf der ganzen Welt interessant sein werden.

Bausteine werden zu „Winning Combinations“ zusammengestellt

Zu den Hauptmerkmalen der ForgeFPGA-Familie zählen:

  • Sehr geringer Stromverbrauch von nur 20 Mikroampere im Standby-Modus
  • Sehr niedriger Volumenpreis von deutlich unter 0,50 US-Dollar
  • Kostenlose, herunterladbare Software ohne Lizenzgebühren, die sowohl Schaltplanerfassung als auch HDL-Modi umfasst
  • Fähigkeit, sehr hohe Stückzahlen zu liefern

Auch mit den neuen Bausteinen will Renesas wieder mehrere seiner „Winning Combinations“ zusammenstellen, also aufeinander abgestimmte Bausteine. So könnten etwa MCU-, Analog-, Stromversorgungs- und Timing-Bausteinen die ForgeFPGAs zu einer gleich nutzbaren Funktionseinheit komplettieren. Die einfach handhabbare Architektur vereinfacht nach Angaben des Herstellers den Designprozess und soll das Designrisiko für Kunden in einer Vielzahl von Anwendungen deutlich reduzieren.

ForgeFPGA-Engineering-Muster sind laut Renesas ab sofort verfügbar, zusammen mit Beta-Designsoftware und einem Prototyp-Entwicklungskit. Der erste ForgeFPGA-Baustein, das 1K-LUT-Modell, wird voraussichtlich im zweiten Quartal 2022 in Produktionsmengen verfügbar sein.

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