IC產業近十年以來的蓬勃發展情況可說在全球各地皆然，投資門檻較低的無晶圓IC設計公司如雨後春筍般四處興起，各自在不同的專長技術領域頭角崢嶸，成為帶動整體IC產業向上成長的關鍵力量；但隨著市場競爭的日益激烈，IC設計業者也開始面臨生存的瓶頸，如何在不斷縮短的上市時程中推出更新更好的產品，並挑戰朝向SoC（系統單晶片）與深次微米、奈米等級製程方向發展的複雜IC設計，都是各家設計業者必須克服的難題。

近年來具備可程式化功能的PLD（Programmable Logic Device；可程式化邏輯元件）與FPGA（Field Programmable Gate Array；場式可程式化閘陣列）市場的興起，主要活力即是在於IC業者不斷增長的、尋求更具效率與突破性設計方法的需求。PLD/FPGA原本是IC設計業者用以在ASIC（Application Specific IC；特殊應用IC）產品上市之前做為先期模擬的工具型元件，卻一躍而升為明星IC產品、甚至有取代ASIC的態勢，對於IC設計業界來說究竟意義何在？PLD/FPGA的市場發展現況與前景如何？此類產品是否又真將成為“ASIC終結者”呢？

PLD/FPGA vs. ASIC──市場現況

生命力充沛的可程式化元件世界

市場一般將可程式化元件家族分為PLD與FPGA兩種，事實上PLD原為此一類別產品的統稱，泛指邏輯功能可由使用者自由設定的IC，因此廣義的PLD包括了PROM（Programmable Read Only Memory；可程式化唯讀記憶體）、PLA（Programmable Logic Array；可程式邏輯陣列）、PAL（Programmable Array Logic；可程式化陣列邏輯）與FPGA。

PAL為早在1970年代就問世的第一代可程式化元件產品，早期以Bipolar製程生產、僅能燒錄一次，但該產品隨後帶動相關產業之持續發展，而逐漸發展出可燒錄次數更多且結構CMOS化的同類元件如：EPLD（Erasable Programmable Logic Device；可抹除式程式化邏輯元件）、GAL（Generic Array Logic；通用型陣列邏輯）、PEEL（Programmable Electrically Erasable Logic；可電子抹除式可程式邏輯）等；這些邏輯閘（logic gate）數少（僅在數百閘）、IC引腳（pin）數在28以下的可程式元件統稱為SPLD（Simple PLD）。1980年代，在一顆IC上集合數個PAL的CPLD（Complex PLD）產品陸續推出；CPLD邏輯閘數由數百個進階至5000個、IC pin數更高，採全CMOS製程與EPROM、EEPROM、Flash等技術。CPLD的可多次燒錄與抹除、高數量邏輯閘優勢，以及具備完整軟體環境可供設計者快速驗證、模擬的特性，節省了IC設計業者測試與開發產品之大量成本，市場接受度日高。而在Xilinx於1984年推出第一顆FPGA之後，可程式化元件家族又邁入另一新階段。

FPGA開闢可程式化元件新天地

FPGA因與一般PLD相較在設計架構上有所不同、元件密度較高，因此脫離傳統PLD類別自成一格，與CPLD在不同的應用領域各擅勝場；而兩者之間的最大不同點，在於FPGA的邏輯閘數量較CPLD低，但暫存器（Register）數量較多、I/O腳位較多，具備效能較高、功耗較低的優勢。FPGA依架構之不同又分為SRAM與Anti-fuse兩類，前者因具備重複可程式化（reprogrammable）、低耗電量與高彈性設計的特點，元件單價也較高，多用以做為IC設計者進行ASIC產品實作與功能驗證的原型機（Prototype）或少量生產之產品；後者則因單價較便宜、應用層面廣，且因所具備之一次編程（One Time Programming；OTP）特性，在資料保密性上較佳，成為一般3C電子產品領域之元件新選擇，甚至逐漸取代ASIC的往日地位。

逐漸面臨生存瓶頸的ASIC

訴求客製化特殊設計與大量生產特性的ASIC，於1980年代在美國與日本業者起始發展之後，成為IC市場的明星產品，不但吸引許多IC設計業者與後來的設計服務業者（Design Service）投入此一市場，更在1990年代的蓬勃時期創造數百億美元的產值。ASIC與其他標準型IC（如DRAM）最大的不同，即為IC內部的電路與功能是針對不同的應用所設計，因此各家業者所設計的ASIC皆擁有其獨特性，除了可減低IC在短時間內被競爭對手複製的風險，也可拉長產品在市場中的生命週期。

高整合性需求使ASIC設計日益複雜化

ASIC因製程上的不同又可分為以下幾類：

隨著IC產品邁向功能整合度更高的系統級設計與深次微米、奈米等級製程，由於設計技術與功能測試驗證的困難度不斷提高，再加上光罩與NRE費用的倍數成長，ASIC市場也產生了一些變化；華爾街日報（Wall Street Journal）即曾報導指出，ASIC因為開發與生產費用高漲，廠商受產品成本的限制與上市時程的壓力影響，不是以偏重標準化之ASSP（Application Specific Standard Product；特殊應用標準產品）取代ASIC，就是轉而向PLD/FPGA靠攏；在此一情況之下，未來ASIC市場恐怕將面臨日益萎縮的危機。

PLD/FPGA vs. ASIC──競合關係

FPGA因成本與應用廣泛，是目前對於ASIC市場威脅性最大的可程式化元件；Xilinx台灣分公司總經理賴炫洲表示，FPGA市場在近年來的半導體低迷景氣中也仍維持穩定成長，反觀ASIC則有退步的跡象，這代表IC設計業界已經在IC製程邁向90奈米製程與12吋晶圓的趨勢之下，開始慢慢體會到光罩與設計成本的增加而帶來的風險；FPGA目前的製程水準已經走在最前端，相關產品成本也不斷降低，因而有越來越多的IC設計業者選擇採用此一具備高度彈性化的方案，以解決產品上市時程縮短的壓力。Xilinx的Spartan系列FPGA產品，即是針對消費性電子市場所推出的低成本解決方案，在包括數位相機、液晶投影機、高畫質電視、機頂盒（Set-top Box）以及家用電腦、家庭網路與汽車領域，都可見到成功的應用案例；賴炫洲表示，Xilinx的FPGA產品除具備低單價的特性，在製程上也已達到12吋晶圓、90奈米的等級，在許多領域確實已經成為ASIC的解決方案，而且更具競爭力。

Altera亞太區高級市場總監梁樂觀亦表示，IC製程的進步對於ASIC來說確實是設計方法與生產成本上的一大挑戰，而可在某些方面做為ASIC替代品，並具備設計靈活度與低功耗等優點的FPGA，自然就成為多數IC設計者選擇的解決方案。Altera於2003年所推出以該公司Stratix FPGA為基礎架構的HardCopy元件，即是一個體積更小、功耗更低的新產品，該元件強調從IC原型到成品的全套解決方案，可利用Altera之Quartus II設計軟體環境進行高效率的設計流程，讓成品達到與ASIC具備相同優點卻成本更低的目標。

有競爭亦有互補的FPGA與ASIC

而具備種種優點的FPGA是否正逐漸一步步蠶食面臨發展瓶頸的ASIC，甚至終於取代ASIC的地位？兩者之間是否處在一種絕對競爭的關係？

賴炫洲表示，儘管原屬於ASIC的某部分市場確實被FPGA取代，但可程式化元件業者與ASIC業者之間並不完全是競爭關係，彼此之間在技術上的合作交流反而更為密切；例如目前Xilinx與全球最大ASIC業者IBM，即在90奈米先進製程與設計方法上有相關的研發合作，而其他IC設計業者亦會以FPGA或CPLD元件做為開發ASIC的初期模型與設計平台。梁樂觀也表示，FPGA與ASIC競爭的情況事實上並不如市場所預期的激烈，FPGA與ASIC在設計工具上可以共用，亦可在設計方法學上相互切磋學習，兩者之間互補與合作的情況反而較多。目前有部份市調機構將可程式化元件歸為ASIC之一類中，其實也證明了FPGA與ASIC“本是同根生”，談誰扳倒誰、誰取代誰的論調似乎有些太過狹隘。

在ASIC陣營部分，雖然確實出現市場萎縮與設計瓶頸的問題，但對於ASIC設計業者來說，仍對於市場未來的發展表示樂觀，也在市場策略與設計方法上做了一些調整；IBM微電子以提供較接近標準化IC、生產成本較低的半客製化設計（Semi-custom Design）ASIC服務做為因應；德儀則認為ASIC的市場需求可在2003年有所回升，並認為客戶仍將對ASIC市場充滿信心。而目前ASIC業者除致力於降低製程與開發成本之研究，也致力於設計方法的改進，目前業界已有一種可透過減少光罩次數降低製造成本，介於Standard Cell與CBA之間的“Structured ASIC”問世，相信在製程的成熟度逐漸建立之後，亦能為ASIC的未來發展開拓新方向。

結語

IC市場的競爭情況除了反映IC產業的活力，對於IC業者來說更是思考產品發展方向、調整市場經營腳步的契機；除了掌握正確的技術與市場趨勢，致力符合客戶的需求並建立獨特性，隨著IC設計走向SoC的設計趨勢，尋求更具效率的IC設計方法與解決SIP（Silicon Intellectural Property；矽智材）整合的種種問題，無論對可程式元件業者或ASIC業者來說都是重要的課題；此外嵌入式軟體的開發與尋找“殺手級應用”產品，也是整體IC 業界在良性競爭之餘可以共同投入的項目。強調誰是最後贏家，不如著重合作後可產生的力量；而此一共同前進的力量，將是提升整體IC產業向上成長的活力泉源所在。