當FPGA越來(lái)越像SoC，FPGA跟ASIC還有啥區別

　　隨著(zhù)處理器被添加到傳統FPGA中，可編程性被添加到ASIC中，FPGA和ASIC的分界線(xiàn)日益模糊。

　　FPGA變得比之前更加流行了?，F在的FPGA不再只是查找表(LUT)和寄存器的簡(jiǎn)單組合了，它已經(jīng)成為系統探索的架構，以及驗證未來(lái)ASIC設計架構的橋梁。

　　從基本的可編程邏輯器件到復雜的SoC器件，當今的FPGA家族陣營(yíng)極其龐大。在包括汽車(chē)和其它應用的AI、企業(yè)網(wǎng)絡(luò )、航空航天、國防和工業(yè)自動(dòng)化等各種應用領(lǐng)域，FPGA使得芯片制造商可以在必要時(shí)以更新的方式部署實(shí)施系統。在這種標準、協(xié)議和最佳實(shí)現仍然在探索中，而且要求具備成本競爭力的新興市場(chǎng)中，FPGA的靈活性至關(guān)重要。

　　這就是賽靈思決定在其ZynqFPGA中添加ARM內核以創(chuàng )建FPGASoC的原因所在，Aldec市場(chǎng)總監LouiedeLuna表示?！白钪匾氖?，供應商已經(jīng)改進(jìn)了工具流程嗎，這使得人們對Zynq產(chǎn)生了很大的興趣。他們的SDSoC開(kāi)發(fā)環(huán)境看起來(lái)很像C語(yǔ)言，對開(kāi)發(fā)人員很友好，因為應用程序通常是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的。他們將軟件功能放到開(kāi)發(fā)環(huán)境中，允許用戶(hù)將這些功能分配到具體的硬件上?！?/p>

　　其中有些FPGA不只是像SoC，他們本身就是SoC。

　　“他們可能包含多個(gè)嵌入式處理器、專(zhuān)用計算引擎、復雜接口以及大容量存儲器等，”OneSpinSolutions綜合驗證產(chǎn)品專(zhuān)家MuhammadKhan說(shuō)?！跋到y架構師規劃并使用FPGA的可用資源，就像他們在A(yíng)SIC上所做的那樣。設計團隊使用綜合工具將他們的SystemVerilog、VHDL或SystemCRTL代碼映射到基礎邏輯元素中。對于大部分設計過(guò)程來(lái)說(shuō)，專(zhuān)門(mén)針對FPGA或ASIC或全定制芯片的設計差異正在減少?！?/p>

　　ArterisIP首席技術(shù)官TyGaribay非常熟悉這一演變?！百愳`思2010年開(kāi)始在Zynq上實(shí)踐這種路線(xiàn)，他們定義了一款產(chǎn)品，把ARMSoC的硬宏納入到了當時(shí)現有的FPGA中，”他說(shuō)?！叭缓?，Altera招募了我做基本上同樣的事情。它的價(jià)值主張在于許多客戶(hù)都想要SoC子系統，但是SoC的特性尤其是處理器那部分并不適合綜合到FPGA中。將這種級別的功能嵌入到實(shí)際的可編程邏輯中令人望而卻步，因為它幾乎用盡了整個(gè)FPGA的資源。但是它可以作為整個(gè)FPGA芯片的一小部分或一小部分，作為一個(gè)硬性的功能而存在。雖然你沒(méi)有為SoC提供真正可重構邏輯的能力，但是它們可以通過(guò)軟件編程，以這種方式改變功能?！?/p>

　　“這意味著(zhù)，這種結構可以同時(shí)具備軟件可編程功能、硬宏和硬件可編程功能，他們可以一起工作，”他說(shuō)?！斑@類(lèi)期間有一些相當理想的目標市場(chǎng)，尤其是在低成本的汽車(chē)控制領(lǐng)域，在這種系統中一般都會(huì )以中等性能的微控制器搭配FPGA，現在客戶(hù)會(huì )說(shuō)，‘我現在可以將整個(gè)功能放到FPGA芯片的硬宏上，以減少電路板空間，減少BOM并降低功耗?！?/p>

　　這也符合過(guò)去30年FPGA的發(fā)展趨勢。最初的FPGA只是可編程結構和一組I/O。隨著(zhù)時(shí)間的推移，內存控制器、SerDes、RAM、DSP和HBM控制器都慢慢地被硬化了。

　　Garibay說(shuō)：“FPGA供應商一直在繼續增加芯片面積，同時(shí)也在繼續增加越來(lái)越多的硬邏輯，這些邏輯被相當大比例的客戶(hù)群普遍使用?，F在，這些硬邏輯轉變成軟件可編程器件。在A(yíng)RMSoC之前添加的大多數東西都是不同形式的硬件，主要與I/O有關(guān)，但也包括DSP，DSP有足夠的應用計劃，因此，通過(guò)將DSP硬化，可以節省可編程邏輯門(mén)?！?/p>

　　市場(chǎng)可能性

　　這種方式基本上已經(jīng)把FPGA變成了具有多種可能性的瑞士軍刀。

　　“如果你往回看，FPGA只是一堆LUT和寄存器，而不是門(mén)，”NetSpeedSystems市場(chǎng)和業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)副總裁AnushMohandass說(shuō)?！斑@里有一個(gè)典型問(wèn)題。如果您將任何通用器件和專(zhuān)用器件進(jìn)行比較就會(huì )發(fā)現，通用計算可以提供更大的靈活性，而專(zhuān)用計算可以提供性能或效率優(yōu)勢。賽靈思和Altera一直試圖越來(lái)越多地融合通用計算和專(zhuān)用計算，他們注意到，幾乎每個(gè)FPGA客戶(hù)都擁有DSP和某種形式的計算。所以他們在FPGA里面加入了ARM內核、DSP內核，還加入了所有不同的PHY和常用模塊，他們把這些東西硬化了，使得效率更高，并且性能曲線(xiàn)變得更好?！?/p>

　　這些新功能為FPGA在各種新興市場(chǎng)和現有市場(chǎng)中發(fā)揮重要作用打開(kāi)了大門(mén)。

　　“從市場(chǎng)角度來(lái)看，您可以看到FPGA肯定會(huì )進(jìn)入SoC市場(chǎng)，”Synopsys的高級營(yíng)銷(xiāo)總監PiyushSancheti表示?！笆亲鲆粋€(gè)FPGA還是做一款成熟的ASIC牽扯到經(jīng)濟問(wèn)題。它們的界限開(kāi)始變得模糊不清，我們看到越來(lái)越多的公司-特別是在某些市場(chǎng)上-正在在量產(chǎn)階段使用成本更低的FPGA?！?/p>

　　從歷史上看，FPGA主要用于原型階段，在生產(chǎn)用途而言，它僅限于航空航天、國防和通信基礎設施等市場(chǎng)，Sancheti說(shuō)?！艾F在市場(chǎng)正在擴展到汽車(chē)、工業(yè)自動(dòng)化和醫療設備?！?/p>

　　AI：一個(gè)蓬勃發(fā)展的FPGA市場(chǎng)

　　一些系統供應商/OEM采用FPGA，希望優(yōu)化其IP或AI/ML算法性能。

　　NetSpeed的Mohandass表示：”他們想要打造自己的芯片，對其中很多人來(lái)說(shuō)，做ASIC可能有點(diǎn)嚇人。他們也可能不想花費3000萬(wàn)美元的晶圓成本來(lái)獲得芯片。對他們來(lái)說(shuō)，FPGA是一個(gè)有效的切入點(diǎn)，他們擁有獨特的算法、自己的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，他們想要工程化，看看它是否能夠提供他們所期望的性能?！?/p>

　　西門(mén)子子公司Mentor的CatapultHLS綜合與驗證高級產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理StuartClubb表示，目前AI應用面臨的挑戰是量化?！靶枰裁礃拥木W(wǎng)絡(luò )?我如何建立這個(gè)網(wǎng)絡(luò )?什么樣的內存架構?即便你只有幾層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，當你獲得很多采用若干系數的數據之后，很快就會(huì )轉化成為數百萬(wàn)個(gè)系數，存儲帶寬也會(huì )變得非?？植?。沒(méi)有人真正知道正確的架構是什么。如果你不知道答案，你肯定不會(huì )直接上來(lái)就設計一個(gè)ASIC?！?/p>

　　在企業(yè)網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域，最常見(jiàn)的問(wèn)題是密碼標準似乎一直在變化。Mohandass表示：“與其嘗試構建一顆ASIC，不如將密碼引擎放在FPGA中設計?！盎蛘?，如果您在全球網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行任何類(lèi)型的數據包處理，FPGA仍然能夠為您提供更多的靈活性和更多的可編程性。這就是靈活性的用武之地，他們也已經(jīng)利用了這種靈活性。你可以稱(chēng)之為異構計算，它看起來(lái)仍然像一個(gè)SoC?！?/p>