FPGA性能超越DSP數十倍!

雖然這些芯片技術(shù)在價(jià)格與性能方面各有優(yōu)劣,但是FPGA供應商一直宣稱(chēng)：與復雜且昂貴的ASIC相比,它們提供的產(chǎn)品在多個(gè)方面都更勝一籌,例如具有更快的產(chǎn)品上市速度,以及更多的設計靈活性。然而截至目前,在與DSP的競爭中,人們卻普遍認為,FPGA在性?xún)r(jià)比方面的表現遠不如DSP。

不過(guò),技術(shù)咨詢(xún)公司Berkeley Design Technology(BDTI)一項最新但是具有爭議性的基準測試研究結果顯示,在多個(gè)意義重大的DSP應用中,FPGA的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢可能超越了獨立DSP。

“特別地,在諸如高端通信基礎設施等包含大量并行運算、且對性能要求極高的應用中,FPGA較獨立DSP更合適?！盉DTI創(chuàng )始人兼總裁Jeff Bier表示,“FPGA將在DSP應用中扮演越來(lái)越重要的角色?！?

這份報告既詳細又措辭微妙,它指出,FPGA不會(huì )在一夜之間徹底顛覆現有格局。Bier極力強調,對許多高端電信應用及其它應用來(lái)說(shuō),FPGA仍將與系統內已有的器件共存,這些器件包括ASSP、ASIC、DSP、通用處理器等。但根據BDTI的研究,仍有跡象表明,傳統上與高成本聯(lián)系在一起的FPGA,實(shí)際上在某些設計應用中比DSP方案還便宜。

這項名為“FPGA與DSP”的研究,包括以BDTI專(zhuān)有的正交頻分復用(OFDM)基準技術(shù)為基礎,在以電信應用為導向的高端任務(wù)中,選擇DSP和FPGA,對其相關(guān)性能與效率進(jìn)行測試。該OFDM基準被用來(lái)描述在數字用戶(hù)線(xiàn)(DSL)系統、有線(xiàn)調制解調器和無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品中出現的信號處理類(lèi)型。

“當你處在類(lèi)似多信道OFDM接收機這樣一個(gè)對性能要求苛刻的環(huán)境中時(shí),換成FPGA能得到很好的結果?！盉ier表示。

在各種具有“經(jīng)濟效益”的中端器件間進(jìn)行測試(或競賽),結果顯示FPGA的性能明顯超出DSP——至少是基于這項基準的情況下。另外,BDTI的報告還顯示,賽靈思公司的中端Virtex-4 SX25系列FPGA,性能也超過(guò)了Altera的Stratix II 2S15系列FPGA,以及TI的TMS320C6410 DSP和飛思卡爾的MSC8144 DSP。

基準測試結果對具體芯片能支持的信道數以及相應的每信道成本進(jìn)行了比較。

BDTI基準測試中,FPGA性能勝出競爭對手DSP。

Bier指出,高性能DSP的售價(jià)一般在30-200美元之間,在基準測試中的DSP能處理大約4條信道。對應于最高價(jià)格200美元,它相當于50美元/信道。而研究中采用的成本高達200美元的高端FPGA,能實(shí)現20-40條基準接收器信道(一些固定的乘法器被內置于FPGA架構內,而且一些附加的乘法器還可以被設計進(jìn)FPGA邏輯結構)。這相當于FPGA的每信道成本可低至6美元,Bier強調。

設計師因而能以較低的時(shí)鐘頻率(在FPGA上約為250MHz)實(shí)現更多的乘法器?！皬亩笷PGA的每秒鐘吞吐量比DSP高一個(gè)數量級?！彼硎?。

測試結果指出,賽靈思器件的相對等級為34,Altera為17,而TI則為1。飛思卡爾的器件也參與了評估,但是沒(méi)有給出相對等級。

結果出人意料？

換句話(huà)說(shuō),按BDTI的基準,賽靈思FPGA的成本效益是TI DSP的34倍,這樣的結果使眾多分析人士大跌眼鏡?！疤钊苏痼@了！”分析師Satya Chillara表示,“站在頻率角度上,我之前從不認為FPGA會(huì )超越DSP?！盋hillara是美國投資銀行Pacific Growth Equities公司的分析師,負責跟蹤研究Altera、TI、賽靈思和其它芯片廠(chǎng)商。

飛思卡爾和Altera拒絕對該報告發(fā)表任何評論,FPGA巨頭賽靈思則歡呼勝利?！爱攲Σ煌現PGA公司的競爭平臺進(jìn)行對比時(shí),性能測試結果能夠說(shuō)明一切?！辟愳`思處理方案部的副總裁兼總經(jīng)理Omid Tahernia表示。

Tahernia也指出,在高端系統中,FPGA和DSP仍存在一定程度的互補性?！罢嬲母偁幦栽贔PGA和ASIC之間?！彼a充道。

“我們正在從ASIC市場(chǎng)奪取份額嗎？是的,沒(méi)錯?！盩ahernia說(shuō)。

TI的DSP產(chǎn)品全球營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Leon Adams同意賽靈思的判斷,但是他表示,考慮到BDTI基準測試研究范圍的局限性,因此他對測試結果并不感到吃驚?！癘FDM本質(zhì)上是高度并行的,”Adams指出,“所以,同樣在本質(zhì)上高度并行的FPGA在基準測試中拔得頭籌并不足為奇?！?

“在高端通信設備中,你仍將看到人們采用DSP,并輔以ASIC和FPGA;”他指出,“而在市場(chǎng)終端,你將看到許多專(zhuān)用DSP,而FPGA則要少得多?！?

理性看待問(wèn)題的另一面

但顯然,不同技術(shù)之間仍存在各種折衷,這也使得一些人相信,在可預見(jiàn)的未來(lái),設計人員將繼續面對芯片選型所帶來(lái)的挑戰。例如,固定功能的ASIC和ASSP,一般能得到高于FPGA的吞吐量和性?xún)r(jià)比,但這些優(yōu)勢卻是以其它方面的重大損失為代價(jià)的?！盉DTI報告指出。

FPGA的關(guān)鍵優(yōu)勢,就在于其靈活性,以及開(kāi)發(fā)者能夠根據特定應用對其進(jìn)行配置?！霸谀軓牟⑿刑幚慝@益的應用中,高性能FPGA每個(gè)時(shí)鐘周期能完成更多工作?！盉DTI報告顯示。

但是,盡管FPGA具備靈活優(yōu)勢,許多DSP工程師卻并不熟悉面向DSP的FPGA,他們傾向于選擇更傳統的技術(shù)方案?！痹搱蟾嬷赋??；蛟S,一個(gè)更大的難題,是在器件性能和應用開(kāi)發(fā)之間做權衡。

“FPGA更難以使用,因為它有一套不同的設計和技巧?！盉ier解釋道,“在FPGA上創(chuàng )建一個(gè)優(yōu)化應用是個(gè)費時(shí)的過(guò)程?！?

為了提升FPGA的吸引力以及易用性,FPGA廠(chǎng)商最近將精力投入在開(kāi)發(fā)幾項關(guān)鍵技術(shù)上,即：高層工具、模塊庫和以處理器為中心的設計。的確,尤其是FPGA工具正在取得長(cháng)足進(jìn)展?！斑@意味著(zhù),在今后幾年,當前橫亙在FPGA和DSP之間(且明顯有利于DSP)的易用性差異將逐漸縮小?！痹搱蟾孀詈罂偨Y道。