FPGA国内厂商始发力 向新融合时代进发

2012-08-18 23:36:14来源: 中国电子报
   

如果说哪一类产品的成长率超过半导体行业平均增长率,那FPGA(现场可编程门阵列)算是其中翘楚。无止境的带宽需求、无处不在的互联计算、不断拓宽的市场、势在必行的可编程技术都使得高度灵活的FPGA大放光彩。

向新融合时代进发

虽然FPGA现在只有几个资深玩家,但仍然可用“异彩纷呈”描述它的创新轨迹,而融合则是其“精髓”。一方面,它的融合不只是“跨界”,通过集成ARM处理器等进入嵌入式市场。正如维特根斯坦所言,各种哲学流派存在家族相似性,FPGA的融合也相似。如赛灵思(Xilinx)的Zynq-7000系列、Altera的28nm Cyclone V和Arria V产品、Microsemi半导体公司的SmartFusion器件等。Altera资深副总裁、首席技术官Misha Burich表示,未来10年是FPGA融合的时代,在FPGA中会集成硬核处理器、大容量逻辑单元、精度可调DSP等,利用这种兼顾的架构可不断拓展应用领域,覆盖高性能计算、高性能存储、汽车马达控制等。

另一方面,FPGA厂商突破摩尔定律的3D异构IC,将不同工艺的模拟和数字IC实现单芯片集成,为FPGA开辟了更广阔的未来。京微雅格(北京)科技有限公司市场总监窦祥峰就提到,FPGA未来融合的方向和创新点应该是在封装上,现在封装和制程节点同样重要,封装技术对系统集成有很大的帮助,如TSV硅穿孔、2.5D封装/3D封装等新型封装技术。

赛灵思公司全球高级副总裁、亚太区执行总裁汤立人也对《中国电子报》记者表示,3D IC可将混合信号、存储器和高密度逻辑等不同工艺的裸片集成,逻辑使用20nm/22nm工艺,而混合信号和存储器则使用更成熟、更合适的工艺节点。3D IC技术可降低企业一下子把所有设计都移植到最尖端工艺的压力和风险,从而有助于整个行业向20nm工艺过渡。“不过,系统级单芯片器件的设计和集成比以往需要更多专业技术和投资,3D IC的开发和测试也需要多年专业经验。”汤立人进一步指出。

最近一年间赛灵思已交付了全球首批单芯片异构3D IC,其中包括高密度的Virtex-7 2000T,提供68亿个晶体管和2000万个ASIC等效门;高带宽的Virtex-7 H580T,提供多达16个28Gbps收发器和72个13.1Gbps收发器以及可满足关键Nx100G和400G线路卡应用功能要求的单芯片解决方案。

当然,一切创新都要以应用为导向。Altera公司总裁兼CEO John Daane表示,FPGA对新技术节点的需求已经超出了电路设计能力,在芯片级甚至是系统级影响设计选择。他举例道,在当今以系统为导向的环境下,只有业界最快的收发器还远远不够。串行链路需要速度足够快的控制器才能够跟上收发器,控制器需要速度很快的片内总线、容量足够大和速度足够快的缓冲以支持它们,而且所有这些模块必须满足能耗要求。

设计工具革新应对挑战

将融合进行到底的FPGA虽然一路走来风光无限,但Altera亚太区产品市场经理谢晓东指出:“FPGA硬件设计的灵活性也会带来诸如设计复杂度增加的烦恼,而软件开发在嵌入式系统开发周期中占重要地位。谁更早开发软件,谁就能占据先机,赢得市场。”由于FPGA包括处理器、DSP、硬核IP等不同模块,如何对它编程需要认真考虑,包括综合、仿真及时序分析,系统互联,基于C语言的编辑工具,DSP编程以及嵌入式软件工具OS支持等。

而FPGA厂家对设计工具的革新也着眼于此。赛灵思前不久公开发布新一代颠覆性设计环境Vivado设计套件,来打破集成和实现的瓶颈。“Vivado不仅能加速可编程逻辑和IO的设计速度,而且还可提高可编程系统的集成度和实现速度,让器件能够集成3D堆叠硅片互联技术、ARM处理系统、模拟混合信号(AMS)和绝大大部分半导体IP核。Vivado设计套件突破了可编程系统集成度和实现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。”汤立人指出。

而Altera的方法是“各个击破”。Misha Burich提到,针对以上五点混合系统开发环境,Altera有分别的解决方案:在综合、仿真及时序分析方面,有传统的QuartusII;而在片上互连方面,提供Qsys工具;在基于C语言的编程工具上,OpenCL可以做一个并行编程的编译器;在DSP编程方面,Altera与The MathWorks公司合作,可以通过SoPC Builder下的DSP Builder提供给客户;在嵌入式的软件工具及OS支持方面,可通过他们的第三方开发工具,获得对FPGA的开发支持。此外,Altera率先在FPGA业界实现了虚拟原型开发技术,可支持用户面向他们的SoC FPGA器件开始应用软件的开发,以最小的工作量将软件移植到等价的硬件中,不需要修改就可以运行。

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关键字:FPGA国内厂商  新融合时代

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/0818/article_3110.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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