SoC FPGA上的策略考虑

2011-03-31 19:19:22来源: Altera 关键字:SoC  FPGA  altera
    引言

  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 (2),而 FPGA 中的软核 CPU 得到了广泛应用 (3),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 (4)。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。(5)

  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。

  

 

  图 1.FPGA 过渡到前沿工艺技术

[1] [2]

关键字:SoC  FPGA  altera

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0331/article_1980.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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