新出现的SoC FPGA上的策略考虑

2011-03-09 16:35:57来源: Altera 公司提供
    集成了 FPGA架构、硬核 CPU子系统以及其他硬核 IP的半导体器件 SoC FPGA已经发展到了一个“关键点”,它在今后十年中会得到广泛应用,为系统设计人员提供更多的选择。对于在 FPGA上开发的系统,这些 SoC FPGA完善了十多年以来的软核 CPU以及其他软核 IP。各种技术、商业和市场因素相结合推动了这一关键点的出现,Altera、Cypress.半导体、Intel 。和 Xilinx.公司等供应商都发布或者开始发售 SoC FPGA器件。

  这一关键点的主要推动因素包括:过渡到并行和多核处理,以提高功效;FPGA成为前沿的新半导体工艺技术;嵌入式系统中越来越多的使用了FPGA;摩尔定律的经济现实;CPU在体系结构上的增强。

  随着SoC FPGA时代的来临,系统设计人员在选择这些器件时需要考虑以下关键策略问题:

  ·哪些器件会经历“平台效应”,使得供应商、辅助支撑系统以及用户之间出现“自我增强循环”?

  ·哪些器件能够在多种选择中支持IP重用 ?

  ·哪些FPGA技术能够最大限度的降低成本,提高性能 ?

  SoC FPGA的关键点

  业界集成FPGA和CPU系统在第一个十年发展中既有成功也有失败。最初的SoC FPGA在商业上并不是很成功,而 FPGA中的软核 CPU得到了广泛应用,这表明市场对FPGA和CPU技术集成有基本的需求。各种新的因素改变了业界环境,导致关键点的出现,SoC FPGA将在市场上获得非常广泛的应用。

  推动业界这一关键点出现的关键因素包括: 计算功效 、FPGA过渡到前沿工艺技术 、FPGA在嵌入式系统中的应用、摩尔定律的经济现实 、CPU在体系结构上的增强。

  计算功效

  计算的发展趋势是并行处理,近期集中在处理器从高成本的单核处理发展到多核实现上。在提高计算性能的同时降低功耗,这促使人们采用FPGA逻辑作为CPU的硬件加速器。

  一个 SoC FPGA系统提高了功效,实现了灵活的软件划分。SoC FPGA支持数百路数据信号连接不同的功能区,实现每秒100-gigabits (Gbps)带宽,甚至更大的带宽,其延时在纳秒级,性能和延时比分立器件要高几个数量级。而且,单个集成平台支持存储器控制器的共享,宽带存储器可以访问硬件加速器。

  性能的提高以及存储器访问功能支持采用 FPGA来实现功能更强的加速器,以满足各种各样的计算要求。由于硬件加速器在功效上要比 CPU高 1,000多倍,因此,与简单的多核并行方法相比,采用 SoC FPGA进行设计是实现高功效计算较好的方法。

  FPGA过渡到前沿工艺技术

  在 2000年,最新的 FPGA采用了 130-nm工艺技术进行开发,而目前的 CPU采用的是90-nm工艺技术。由于有更高级的 CPU,因此,第一代 SoC FPGA的推出有些滞后。然而,当今的前沿 FPGA采用 28-nm工艺技术,相对而言只有很少的商用 CPU或者ASSP使用了这一工艺技术,当然在今后有可能使用该技术。FPGA在工艺技术上的优势明显增强了这些集成器件的市场潜力,供应商也倾向于在这方面加大投入,这是因为设计人员不需要在 CPU性能上作出牺牲,如图1所示。

  

  FPGA在嵌入式系统中的应用

  在2000年,对于大部分嵌入式系统应用,FPGA还是相对比较昂贵的器件,结果,与相应的 CPLD或者 PAL相比,其应用相对较少。然而,在过去十年中,基于 SRAM的 FPGA在降低成本上超越了CMOS,由此,EE Times年度嵌入式调查表明,接近50%的嵌入式系统采用了FPGA。SoC FPGA最显著的优势是成本比分立器件低很多,芯片供应商有很大的市场机会来获得投资回报。

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关键字:SoC  FPGA  策略

编辑:赵思潇 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0309/article_1903.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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