FPGA、CPU、DSP的競爭與融合

　　對FPGA技術(shù)來(lái)說(shuō)，早期研發(fā)在5年前就已開(kāi)始嘗試采用多核和硬件協(xié)處理加速技術(shù)朝系統并行化方向發(fā)展。在實(shí)際設計中，FPGA已經(jīng)成為CPU的硬件協(xié)加速器，很多芯片廠(chǎng)商采用了硬核或軟核CPU+FPGA的模式，今后這一趨勢也將繼續下去。

　　CPU+FPGA模式的興起

　　賽靈思根據市場(chǎng)需求，率先于2010年4月28日發(fā)布了集成ARM Cortex-A9CPU和28nmFPGA的可擴展式處理平臺(Extensible Processing Platform)架構。

　　該公司全球市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)及業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)高級副總裁VinRatford曾在不同場(chǎng)合強調：“該架構顛覆了以前以FPGA為中心，CPU為輔的理念?，F在以CPU為主，FPGA為輔。CPU可單獨啟動(dòng)。這個(gè)架構針對的是嵌入式軟件開(kāi)發(fā)工程師，而不是FPGA工程師。”

　　時(shí)隔不到一年，賽靈思于2011年3月4日又推出了可擴展處理平臺Zynq-7000系列，把FPGA+ASIC+ASSP優(yōu)勢集成在一起，形成了對傳統ASIC和ASSP市場(chǎng)的進(jìn)一步滲透。雖然不會(huì )取代后兩者，但對它們的現有地位構成了強勁挑戰(參見(jiàn)本站報道“‘不是單純的FPGA’——賽靈思推出可擴展處理平臺Zynq-7000系列”)。

　　英特爾在2010秋季IDF上發(fā)布的凌動(dòng)E600C可配置處理器SoC封裝中，也集成了Altera的FPGA。后者看上的是凌動(dòng)的處理性能和業(yè)內最先進(jìn)的芯片工藝。

　　不過(guò)，一位FPGA廠(chǎng)商的高層人士指出：“這款可配置處理器采用開(kāi)放的標準PCIe作為處理器與芯片的接口，雖然提高了設計靈活性，降低了開(kāi)發(fā)難度，但是接口帶寬還是略顯局促。另外，在價(jià)格和功耗方面也需較大的改進(jìn)。”

　　英特爾對此回應表示，該SoC的性能完全可以滿(mǎn)足我們目前所涉及的市場(chǎng)領(lǐng)域客戶(hù)的設計需求。當然，針對未來(lái)的需求，還會(huì )進(jìn)一步完善。

　　Altera也根據大批客戶(hù)的反饋和要求，于2010年10月13日公布了自己的嵌入式計劃，與ARM、MIPS及Intel等主要嵌入式處理器伙伴合作，提供集成了CPU+FPGA的多種技術(shù)方案。

　　美高森美(Microsemi)的SoC產(chǎn)品部(原Actel公司)于2010年11月17日發(fā)布了65nm嵌入式閃存工藝的FPGA平臺，采用了ARMCortex-M3微處理器架構及DSP模塊。

　　當然，還有一直在可編程SoC(PSoC)領(lǐng)域深耕不輟的賽普拉斯(Cypress)，其較早前也推出了集成PLD、ARMCortex-M3處理器的PSoC5。

　　除英特爾采用自己的凌動(dòng)可配置處理器外，上述幾家廠(chǎng)商均選擇了ARM處理器架構。賽靈思的VinRatford及Altera產(chǎn)品和企業(yè)市場(chǎng)副總裁VinceHu一致給出了如下幾點(diǎn)理由：ARM處理器架構在全球范圍內具有成熟的互聯(lián)社區生態(tài)環(huán)境，200多家芯片合作伙伴以及500多家許可證持有者;完善的操作系統支持;豐富的IP庫。

　　值得注意的是，已被英特爾收購的風(fēng)河系統表示，將與賽靈思合作提供基于A(yíng)RM處理器架構的可配置軟/硬件平臺。這對于嵌入式領(lǐng)域兩個(gè)冤家——英特爾和ARM的初期競爭，似乎體現出某些“你中有我，我中有你”的狀態(tài)。ARM似乎對這種情況無(wú)所謂，畢竟受到支持的廠(chǎng)商越多越好。但作為風(fēng)河的東家，英特爾可能更多的是無(wú)奈。不過(guò)在商言商，現階段也只能坦然面對。

　　CPU+FPGA的并行處理將大行其道

　　目前，嵌入式系統設計中存在下述一些問(wèn)題：IP復用;總體成本和占板面積;工藝;一味提高處理器時(shí)鐘速率，會(huì )使功耗大幅增加及散熱惡化，并增加設計人員解決這些問(wèn)題的時(shí)間和系統成本;FPGA與CPU之間的信號傳輸時(shí)延較大。

　　不過(guò)，CPU+FPGA的SoC方案現已解決了IP復用問(wèn)題，高集成度也降低了系統總體成本、占板面積和功耗。賽靈思和Altera除自身的接口技術(shù)外，都采用了ARM的AMBAAXI總線(xiàn)，使時(shí)延達到了ns級。今后，多核與硬件協(xié)處理器的大規模并行處理技術(shù)將大行其道。

　　還有，賽靈思和Altera除了利用ARM的生態(tài)系統，還都在努力擴大自己的合作伙伴范圍，以吸引更多的設計人員。

　　Altera軟件、嵌入式和DSP營(yíng)銷(xiāo)高級總監ChrisBalough表示：“生產(chǎn)商、用戶(hù)和輔助支撐系統在產(chǎn)品上彼此之間會(huì )有影響時(shí)，就會(huì )出現平臺效應?；驹硎?，某一種產(chǎn)品或標準的應用越多，它在用戶(hù)基礎和輔助支撐系統中的價(jià)值就越高。結果，用戶(hù)基礎和輔助支撐系統就會(huì )在這種技術(shù)上加大投入，從而吸引更多的應用，產(chǎn)生一種自我增強的良性循環(huán)。SoCFPGA極有可能看到這種平臺效應。隨著(zhù)SoCFPGA的不斷發(fā)展，用戶(hù)將非常愿意重新使用他們在多種系統中用過(guò)的FPGAIP和設計軟件。”

　　FPGA與DSP的融合與競爭

　　另外，對于串行結構出身的DSP和并行結構出身的FPGA，兩種技術(shù)目前都在利用自身的優(yōu)勢開(kāi)發(fā)新工藝和架構，以滿(mǎn)足新應用的需求。例如，TI和飛思卡爾不久前針對3G/LTE多標準無(wú)線(xiàn)基站應用，各自開(kāi)發(fā)了采用不同技術(shù)將CPU、FPGA、ASIC和DSP功能集成在SoC內的方案。而CPU+FPGA+DSP的SoC技術(shù)現在也能提供更多的GMACs執行無(wú)線(xiàn)DSP算法了。