在IC 50周年之际,看FPGA未来发展方向

2008-09-08 01:04:06来源: 电子工程世界 冀凯

  赛灵思推出FPGA之初也仅仅是希望在工业控制方面更加简便易行,没有人能想到FPGA如今能应用于如此众多的领域,甚至于FPGA厂商都无法确定哪些领域开始采取FPGA解决方案。灵活多变的FPGA,易于开发易于调试的特点将会继续延伸下去,今后的发展将是什么样子呢?

  未来的工艺进展

  比起CPU来说,FPGA算是小弟,因为FPGA的工艺总是落后于CPU。“但事实上到2011年,半导体制造工艺将采用32nm节点,芯片制造商可以制造包含数十亿个晶体管的单芯片产品,而采用这种工艺的FPGA会包含一亿个可编程逻辑门,而且FPGA平台会采用创新的封装技术将存储器、模拟混合信号电路、通用接口、传感器、各种I/O集成到一起,这样的FPGA会成为许多电子产品的核心。” 赛灵思的CTO Bolsens强调。更先进的工艺意味着更快速,功耗更低,价格更便宜的FPGA将产生于你所想象不到的领域。

  随着工艺的进步,FPGA有望与模拟和存储厂商合作推出SIP(堆叠封装)。在这个封装中,可以放入混合处理、不同电压的裸片,这些裸片包括高电压的I/O,传感器阵列、非易失存储器、光通信、DRAM、混合信号和一些通用的接口。以替代带有硬化IP的单个大型裸片。

  三网融合/三重播放

  融合了话音、数据和视频业务的三重播放(Triple-play)业务是未来FPGA的用武之地。要实现三重播放,其技术推动力来自于三个方面。第一数字信号处理,它是对数据进行处理的,第二是包处理,也就是对数据进行传输,最后一个推动力就是高速运算,它是对数据进行分析的。这三个技术使三重播放从可能变成现实。在实现三重播放方面FPGA担任了非常重要的角色,三重播放基础设施的支持主要是由高端器件来支持的。

  赛灵思认为,设计支持三重播放业务的产品,从运营商到最终用户都非常具有挑战性,产品所要求的高性能、大容量、低成本、开发周期短但市场周期长等特点,加之三重播放涉及到众多的灵活的不断演进的标准和协议,都使得ASIC、ASSP与FPGA相形见绌。

  SOC

  正是因为FPGA的功能越来越强,Bolsens指出,很多客户可以直接使用FPGA做非常复杂的SoC,不用担心IC设计方面的问题,而把主要精力放在架构设计、IP、系统软件和系统验证等核心竞争力方面。Bolsens进一步解释说,这事实上是一种商业模式的转变,传统上系统厂商采用FPGA,需要自己完成设计定义和设计实现,而随着FPGA厂商可以提供平台化的方案,系统厂商只需要专注设计定义,设计实现由FPGA厂商完成。

  除了可编程逻辑外,FPGA还集成了很多IP硬核,例如最新的PCIe&以太网模块、高速串行收发器、DSP模块以及嵌入式处理器等,向SoC发展。

  事实上,这也与传统DSP和CPU等处理器的发展方向类似,它们也在片上集成了各种硬件加速器,为特定应用提供更高的性能。Bolsens表示:“确实是如此,FPGA通过把更多硬核集成进去,能够适合更多特定的市场,这是一个趋势。不过,和同类方案相比,FPGA是可编程的,继承了很多可编程特性。”

  功耗

  对于下一代设计来说,功耗预算一般都会有减无增,而设计需求中的功能却会越来越多,要求的处理能力越来越高。此外,不断减小制程尺寸的摩尔定律效应及晶体管的大漏电流引起的静态损耗的副作用,都造成市场期望与半导体技术背道而驰。随着产品寿命周期越来越短,市场竞争越来越激烈,开发周期对产品的成功越来越重要,可编程的半导体平台因此成为人们优先选择的解决方案。(更多详细信息请点击http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2008/0916/article_262.html)

  中子诱发错误

  在今天的汽车中,组件可靠性数据是必需的,以便确保各种系统的正确运作。传统上,汽车开发人员依赖微控制器、ASIC和体积庞大的线束来实施和控制这些系统,并扩展每一代汽车的功能。今天,这些解决方案正在接近其技术极限,而且,随着复杂性呈指数级增长,带来了更多的可靠性问题。为了解决这些问题,许多设计人员转向FPGA,将其作为下一代汽车电子设计的灵活的低成本解决方案。

  对于采用以SRAM为基础FPGA实现的汽车电子应用来说,中子诱发的固件错误存在严重的潜在隐患。由于现有的检测技术是通过每隔一段时间读回FPGA配置来实现检测,可能导致被破坏的数据进入系统。随着这种易受攻击的FPGA技术的广泛使用,有可能需要一种能够检查汽车电子系统对中子诱发的固件错误免疫能力的全新质量评价体系。检测被破坏的配置数据的读回电路本身也易受SEU的影响或损坏。此外,目前用于检测和纠正FPGA固件错误的方案会增加系统设计的复杂性,并会大幅增加板卡尺寸和材料成本。

  FPGA今后是否能取代ASIC并不好说,但至少我们相信在大部分领域FPGA的方式将令ASIC难以望其项背。

关键字:制造  封装  逻辑  存储

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2008/0908/article_261.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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