最近苹果iPhone7已经正式开售，将iPhone 7 Plus“大卸八块”，其拆解图片及解说报告迅速占领了全世界的科技媒体。在这份拆解报告中，我们惊奇地发现了一个新成员。

    iPhone 7 Plus的主板集成了一颗非常小的FPGA，尺寸为2mmx2mm。这颗芯片正是Lattice公司在几年前推出的iCE40的低密度低功耗小封装FPGA，型号为iCE5LP4K，密度为3.5K LUT-4等效逻辑资源。其周围器件包括音频CODEC、音频放大器、分集接收器加上其背面的大气压力传感器、NFC控制器、WIFI/蓝牙等控制器。

    经过某些技术人士的猜测，这颗FPGA放在这里所实现的功能，可能是Sensor HUB的功能，就是将多种传感器汇聚预处理（可能包含总线控制、总线转换、时分复用、接口转换等功能模块），在必要的时候再与主处理器CPU进行数据交互和进一步的运算，减少主处理器CPU相关模块的监控及运算频度，从而降低功耗、提升处理性能。

    当然也有另外一些技术人士对此有不同意见，他们认为这颗FPGA的主要作用是用于USB Type C的控制，目前由于标准等原因，还没有ASSP厂商提供完整的解决方案，而Lattice利用FPGA的特性，率先成为USB Type C供应商之一。这也是FPGA相比较ASSP的优势，既加快上市周期，帮助客户节约时间成本。当然在苹果或者Lattice公开设计意图之前，这些都只是猜测。

    Lattice的FPGA器件之前从未进入过苹果的供应链，这次是破天荒的第一次，也是苹果首次在iPhone中引入FPGA器件，Why？按照常识，以苹果年销售1亿部iPhone的规模，如果要尽可能地降低成本，应该尽可能采用ASIC芯片，以往的传统是FPGA通常只被用在低量市场，所以这次苹果的设计着实引起了大家的兴趣。

    多年以前，三星Galaxy S4及S5曾经也率先采用过Lattice的同款FPGA器件，而当时的主要应用方向是用于红外识别和二维码识别，但是在S5以后的Galaxy型号中，三星用别的方案替代了FPGA，所以并未引起业界的震动，但是苹果用FPGA的意义还是大大不同的。

苹果iPhone7这次采用FPGA方案在智能手机行业树立了一个标杆，这也意味着FPGA这一冷门器件第一次这么显眼地出现在消费电子市场，赢得大家的广泛关注，而这种情况在多年以前是完全不可能的。至少我们可以得到一个浅显的结论：可能今后有无集成FPGA会成为区分高端智能手机的分水岭，或许在今后我们会发现更多的消费品电子会应用到FPGA。这对FPGA行业应该是一个很好的消息。

Lattice iCE系列的发展历史

    此次苹果使用的Lattice芯片，属于ICE系列。2012年，Lattice发布了市场上首款针对移动应用领域的FPGA iCE40，至于iCE产品的命名，则与产品的特色一致，那就是低功耗像冰一样。在Lattice推出iCE之前，消费类市场占其总营收的不足5%,而现在消费类已经接近30%的销售额，这一切都应归功于全新的市场应用。

    随着手持市场技术的快速演进，很多功能由于尚在试验期，没有相应的协议与稳定的市场，ASSP厂商不愿意去开发，因此在这半年到一年的窗口期内，FPGA可以帮助客户解决过渡期的问题。Lattice用“万金油”来比喻iCE系列，寓意为最灵活的可穿戴器件。另外FPGA可以帮助客户节约调试时间，因为ASSP一旦出现bug，客户只能等待下一批产品，FPGA则可以随时修改，缩短了开发周期。

    2015年Lattice推出了面向中档手机及可穿戴设备的iCE40 UltraLite，顾名思义其实是iCE40 Ultra的简化版，不过配置并未因此缩水，最大的变化只是存储空间减少，逻辑单元由1k/2k/3k缩小至0.64k与1.2k，客户可以针对自己的应用自主选择。比如手环或中端手机，就可以考虑UltraLite同时实现低功耗、差异化和低价格的产品设计。封装尺寸小至 1.4x1.4x0.45mm，相比竞争对手的产品尺寸减小60%；功耗仅为35uA，相比对手低30%；同时拥有最高硬件集成度。

    iCE系列针对的应用范围包括：可穿戴设备、计步器、永远在线的导航、语音输入、LED呼吸效果、日程提醒、活动监测、红外控制、用户识别等。同时，UltraLite也支持多款工业应用，包括手持工具、POS等传统工业应用，也包括便携式血压计等手持医疗设备，牙科、胃镜等体内医疗应用亦可采用。

FPGA市场正在进入快速增长期

    FPGA号称“万能芯片”，从技术角度讲，它是可编程的产品，在不改变芯片本身硬件组成的情况下可反复使用。根据市场变化，在同样载体上实现不同功能。听起来很美好，但研发起来很困难，能做FPGA器件的厂商一定是大牛中的大牛，因为像英特尔(Intel)、德州仪器(TI)这样的半导体巨头也曾尝试进入这个市场，但都因为这样那样的原因铩羽而归。目前，全球范围内能够量产FPGA的企业屈指可数，Xilinx、Altera、Lattice和Microsemi都是大家耳熟能详的美国企业。

    FPGA是专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路，其优点包括可以快速成品、可被修改、可改正程序中的错误和更便宜的造价等。工程师对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，就可以实现想要的逻辑。FPGA还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。FPGA能完成任何数字器件的功能，甚至是高性能CPU都可以用FPGA来实现。FPGA如同一张白纸：加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后进入工作状态；掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此FPGA能够反复使用。使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB印刷电路板的面积，提高系统的可靠性。在FPGA内置入硬核CPU或软核CPU，既能实现数字逻辑又能适应嵌入式开发。

    2014年，全球FPGA市场总规模达到50亿美金，其中，中国的市场份额有近17亿美金，中国市场占全球市场的三分之一。分析机构预计2015年至2020年全球FPGA市场的年复合增长率为9%，到2020年，全球FPGA市场规模将达84亿美金。目前FPGA正处于一个加速增长的市场势态中，增长幅度远大于其他芯片市场；同时，FPGA行业平均毛利可观，据市场数据分析表明其行业平均毛利大于60%。FPGA行业也需要更大的市场规模，以吸引更多的使用者。预计随着FPGA产量逐步增加，成本的进一步降低，其市场份额将会持续增大。

目前FPGA的主要应用领域是通讯、工控、国防、消费，近年来FPGA最引人关注的变化趋势之一就是应用领域不断拓展。

    在FPGA传统应用市场方面，通信逐步实现高速、复杂协议，消费电子应用则注重低功耗、低成本。此外，FPGA还广泛应用于医疗电子、安防、视频、工业自动化、语音网络、半导体制造设备以及家电等领域。FPGA在工业中的应用主要涉及四大领域，分别是马达控制、工业网络、机器视觉和机器人控制。以马达控制为例，重点是需要降低噪音、减少震动 、降低 EMI，同时获得更高的控制精度和减少能源消耗等。

    目前在全球市场中，Xilinx、Altera两大公司对FPGA的技术与市场仍然占据绝对垄断地位。两家公司占有将近90%市场份额，专利达6000余项之多；剩余市场份额主要被Lattice和Microsemi所占有，这两家的专利也达3000多项。2014年Xilinx、Altera两大公司营收分别为23.8亿美元和19.3亿美元；而2014年Lattice和Microsemi（仅FPGA部分）两公司营收为3.66亿美元和2.75亿美元。这前四大FPGA市场领先者几乎垄断了FPGA的市场份额。

FPGA市场前景诱人，但是门槛之高在芯片行业里无出其右。全球有60多家公司先后斥资数十亿美元，前赴后继地尝试登顶FPGA高地，其中不乏英特尔、IBM、德州仪器、摩托罗拉、飞利浦、东芝、三星这样的行业巨鳄，但是最终登顶成功的只有位于美国硅谷的四家公司-Xilinx、 Altera、Lattice、Microsemi。上述4家公司手握9000余项专利，如此之多的技术专利构成的技术壁垒当然高不可攀。

FPGA的未来

    随着智能化市场需求变化越来越快，定制芯片 (SoC asic) 项目巨减趋势已不可逆。采用ASIC方案的投资量大幅增加，周期长, 市场风险大幅加大。而相对来说FPGA技术正逐渐在向主流迈进。

    FPGA 拥有并行计算优势，在高性能、多通道领域可以代替部分ASIC 和DSP，FPGA 的并行计算在多通道处理方面可以对传统的ASIC 方案进行优化。 以5 万片流片为临界点，FPGA 在高价值、批量相对较小、多通道计算的专用设备（如雷达、航天飞机、路由器）有取代ASIC 的趋势，这将是Xilinx固守的地盘。

FPGA 开发周期比ASIC 低55%，可以用来快速抢占市场。这也许是Lattice在批量较大的消费电子市场最重要的胜负手。

    而Intel治下Altera FPGA的终极目标，应该是利用其在高性能低功耗及在深度学习的优势，最终融入CPU技术中，成就异构计算数据中心的明天。