FPGA迎来硅片融合的“黄金时代”

2012-06-15 13:07:04来源: 21ic
   

从最初胶合逻辑发家,到不断集成微处理器、DSP、专用IP等,FPGA迎来了其硅片融合的“黄金时代”——不仅拓宽了应用领域,承担起信号处理和数据运算的重要功能,还蚕食了ASIC、DSP等的市场份额。FPGA的发展史就是将“融合进行到底”的过程。在未来几年,3D封装和Open CL等关键支撑技术将使其迈上新台阶。

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融合以兼顾灵活性和效率

FPGA是硬件可编程的,可通过与其他功能模块融合兼顾灵活性和效率。

这一发展脉络是大势使然,英特尔的一份关于灵活性与效率的报告显示,通用处理器或通用芯片因可用软件编写程序实现不同应用,具有很高的灵活性,它的问题是功效较低。而专用芯片ASSP或ASIC是专门针对某一应用固化的硬件,不可编程,虽具有低成本、高效率,但灵活性差。报告得出的结论是在系统中要兼顾灵活性和功效,最好的方案就是处理器与专用硬件相融合。“由于FPGA是硬件可编程的,因而可通过与其他功能模块融合兼顾灵活性和效率。”Altera公司资深副总裁兼首席技术官Misha Burich对《中国电子报》记者介绍说,“如FPGA集成了处理器,将为FPGA带来软件编辑的灵活性。同时,如果把ASIC跟ASSP的一些特性加入到FPGA中,又可为系统带来更高的功效、更低的成本。通过硅片融合,FPGA厂商已可提供收发器、接口控制器、存储器、内部总线结构的硬件架构,从而不断拓宽应用空间。”而FPGA业另一巨头赛灵思(Xilinx)打造的“All Programmable”平台就是硅片融合的“结晶”,它可将3D堆叠硅片互联技术、ARM处理器、DSP、存储器和诸多IP核等集于一体。

而在融合时代,FPGA厂商有天然的优势。Misha Burich提到,FPGA厂商了解FPGA的架构,如果没有FPGA的积累,一些芯片厂商尽管可以去实现硅片融合,但他们只能做到在处理器上加入一些硬核IP,灵活性不高。

而在迎接硅片融合的时代,还需要厂商提供相应功能模块的支撑技术。Misha Burich就表示,Altera公司在这些方面都有相应的积累。比如集成处理器,可为客户提供自有的Nios 2软核处理器以及ARM处理器、MIPS、ColdFire处理器、Atom等。在ASIC方面,可提供HardCopy产品,能为客户提供嵌入式ASIC方案。在ASSP方面,Altera会提供解决方案,同时会有一些IP。在DSP部分,Altera可提供浮点运算、可变精度的DSP模块。

软件至关重要

FPGA厂商需要提供涵盖综合/仿真/时序分析、系统互联等在内的开发环境。

然而,硅片融合使FPGA产生的混合系统架构对于开发环境的要求也在走高,单单做芯片已经远远不够,更多更复杂的软件开发工作“如影随形”。“FPGA厂商需要提供涵盖综合/仿真/时序分析、系统互联、基于C语言的编程工具、DSP编程、嵌入式软件工具在内的开发环境。”Misha Burich指出。

为让客户能够高效地使用芯片,提高易用性和投入产出比,Altera公司也投入了巨大的力量。Misha Burich透露,公司有50%的员工在做软件开发,一部分自己开发,一部分会和第三方合作。针对如此复杂的混合系统开发环境,Altera公司已经练就了一一化解的“招数”。

Misha Burich介绍指出,在综合、方针及时序分析方面,有传统的QuartusII;在片上互连方面,有Qsys工具。在基于C语言的编程工具上,可通过C语言,用Open CL的编译器来对FPGA进行编程。Open CL(开放运算语言)是第一个面向异构系统通用目的并行编程的开放式免费标准,也是一个统一的编程环境。在DSP编程方面,通过与The MathWorks合作,可以通过SoPC Builder下的DSP Builder提供给客户。同时在嵌入式的软件工具及OS支持方面,由于Altera有最强大的处理器组合,可通过他们的第三方开发工具,获得对FPGA的开发支持。

为让客户能够充分利用全新“All Programmable”器件的系统集成能力,赛灵思也倾力打造了全新Vivado设计套件。赛灵思全球高级副总裁兼亚太区执行总裁汤立人表示,Vivado设计套件不仅能加速可编程逻辑和IO的设计速度,还突破了可编程系统集成度和速度两方面的重大瓶颈,将设计生产力提高到同类竞争开发环境的4倍。

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关键字:FPGA  硅片融合

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/0615/article_2982.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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