FPGA迈向通用平台之路？

2008-01-20 23:05:55 作者：杨剑 Nemus Young 来源：电子电脑信息网

关键字：FPGA

      近来对于电子行业的评论不再像几年前那么乐观了，通信领域和消费电子领域这两大驱动力市场的表现不尽如意，市场份额庞大但却竞争惨烈，利润走低。“展望整个半导体市场，惟有FPGA是黑暗中的亮点。”此话说得有些夸张，半导体市场的黑暗期远不是如此，现在的情形充其量只是低迷。不过这句话确也有些道理，因为这两年以来，我们可以明显地看到，FPGA一直稳步地遵循着摩尔定律，价格和功耗在不断降低的同时性能却越来越高。
FPGA拥有灵活的可编程特性和强大的并行处理能力，但是相应地，体积庞大价格昂贵也是其软肋。不过现在我们再仔细看看Xilinx、Altera等FPGA厂商的产品线以及他们的客户列表，我们不难发现，FPGA已经由原来的电信等领域开始逐渐向HDTV、消费电子（高端）、医疗电子……更广泛的领域渗透了。这是不是说哪里都可以找到FPGA的踪影了？在记者与这些FPGA厂商接触当中，他们的人肯定了记者的这种感觉。FPGA今后的发展方向即是向着无处不在的目标进行的。

FPGA会成为通用型器件吗？
FPGA的任务只是打造标准化的平台

      自1990年以来，FPGA的逻辑容量已经增长了近200倍，同时功耗和成本分别降低了50和500倍。另外，除了集成更多的可编程逻辑单元之外，FPGA更是集成了越来越多的硬核IP，包括高速以太网模块、串行收发器、DSP、嵌入式处理器……FPGA正在朝着SoC的方向发展。有趣的是，传统DSP和MCU亦是朝着这个方向在迈进，三者终于开始接壤。笔者这么说并不是说三种产品今后将是你死我活的竞争态势，从某种意义上来讲三者应该是相互配合甚至融合，而他们的最终发展趋势则就是SoC。

      这种片上高度集成只是一个前兆，也可以说为了发展SoC而作的技术积累。Xilinx公司全球副总裁兼首席技术官Ivo Bolsens表示，“利用系统级封装技术（SiP）实现‘虚拟SoC’将是未来一种革命性的发展趋势。”所谓虚拟SoC即是指，在同一个封装上面集成传感器、处理器、存储器、通用I/O、高压I/O等器件，以替代带有固化IP的大芯片。不同于单一芯片架构，该架构是采用多个裸片，每种器件都可以使用最适合自己的工艺，以降低成本、功耗和体积。而FPGA平台则可能就会成为一个标准的、虚拟的SoC平台来应用。
也许有一天，FPGA会变得像PCB一样，工程师可以自由地进行布线并实现一个嵌入式系统开发，而过去所常用的单片机以及标准的数字逻辑单元则可以用IP来替代。“FPGA正在进入一个应用更加广泛的时期，特别是消费电子领域。对于Xilinx来讲，主要的挑战来自于各式各样的FPGA创新应用实在太多了，很多客户提出的创意甚至连我们自己都未曾想到。因此，我们所要做的事情就是构建一个强大的生态系统和一个功能强大且易于使用的平台。”Ivo Bolsens如此表示

基于FPGA的嵌入式系统EDA平台

      如果真如上文所说的，FPGA终有一天发展成像PCB一样了，那么没有相应的EDA工具，我们很难想象这样的嵌入式系统如何来实现。在与FPGA厂商的多次接触当中，他们无不强调一点，那就是FPGA厂商对于开发工具的投入往往是巨大的。比如Xilinx在这方面的投入已经累计高达20亿美金。而FPGA要想发展为一个通用型平台的话，丰富的工具支持将是必不可少的必要条件之一。

● Xilinx推出业界应用最广泛设计套件ISE 9.1i：
新版本专门为满足业界当前面临的主要设计挑战而优化，这些挑战包括时序收敛、设计人员生产力和设计功耗。除了运行速度提高2.5倍以外，ISE 9.1i还新采用了SmartCompile 技术，因而可在确保设计中未变更部分实施结果的同时，将硬件实现的速度再提高多达6倍。同时，ISE 9.1i 还优化了其最新65nm Virtex-5 平台独特的ExpressFabric技术，可提供比竞争对手的解决方案平均高出30%的性能指标。对于功耗敏感的应用， ISE 9.1i还可将动态功耗平均降低10%。

● Altera发布Quartus II 软件7.2，延续效能优势：
对于FPGA、CPLD以及结构化ASIC设计，Quartus II 7.2是性能和效能首屈一指的设计软件。随着7.2版的进展，与高端65nm竞争FPGA相比，Quartus II 软件和Stratix III FPGA现在具有两个速率等级优势，而且编译时间快3倍。此外，7.2版还首次实现了FPGA供应商对64位Windows Vista的支持。在7.2版，Quartus II 仍旧是由FPGA供应商提供的、惟一支持多处理器(例如，Intel的Core 2 Duo和AMD的Athlon 64×2)的软件，充分利用了当今的双核和多核计算机。

● Actel发布Libero IDE v8.1版本，助力便携式设计：
为了扩展其业界领先的专门针对芯片级和系统级节省功率的解决方案，Actel公司宣布推出全新版本Libero集成设计环境(IDE)，具备崭新的重要功能包括功率驱动布局，使设计人员得以进一步优化设计，并可减少典型设计的动态功耗达30%。通过在Libero的SmartPower工具中内置先进的功耗分析功能，这个强化的分析环境将可首次让用户在设计的所有功能模式下深入了解其功率应用。此外，便携产品设计人员更可透过其创新的电池寿命评估功能，以其FPGA设计的功耗曲线为基础，精确计算出电池寿命 — 这是首次在现场可编门阵列 (FPGA) 设计工具中实现的功能。

● Altium：
耗资上亿美元花了3年时间收购Tasking，并于2004年开发推出Nexar 2004的EDA平台。该平台包含多种设计导入方式，集成了VHDL仿真和合成，包含了各种处理器内核的大型免使用费IP库，集成了嵌入式软件设计工具。该软件的推出对IC设计普遍化有着特别的意义。它提供了软硬件协同设计的EDA平台，集设计，验证，测试综合于一体，支持双屏CRT，是基于PCBFPGASoC的EDA工作站，为嵌入式系统多CPU核设计提供了实现手段，消除了PCB设计中信号完整性、EMC、来自不同厂商的SMD器件的封装、测试、订货、缺货等困扰，提升了效率，此外，它基于FPGA实现用户可重构的SoC(上市速度快，生命周期长)。

      目前嵌入式系统开发当中，软件开发速度尚跟不上硬件，而硬件电路设计跟不上半导体工艺发展速度。因此才有通过提供优质FPGA把更多的应用设计空间和系统开发留给其他嵌入式系统设计者的可能，而要完成这个设计，基于FPGA的嵌入式系统EDA平台的建设就变得必不可少了，可以预见我们将进入一个嵌入式系统软核设计时代。

结语

      得益于半导体技术的高速发展，FPGA正努力遵循着摩尔定律稳步地壮大着自己的实力。FPGA的从业者在这个发展当中看到了更多意想不到的创意和可能，于是他们一方面在不断地提高性能和降低成本与体积，一方面也在探索着其他领域或者方向的发展可能。也许有一天，谁家的技术更先进之争已无意义，而更多比较的是哪家厂商更好地与其他厂商合作，市场需要双赢甚至多赢的。而FPGA要成为一个平台，前面要走的路似乎还太长太曲折，不过我们有理由相信，也许在不久的将来，我们可以在大部分的电子设备当中发现FPGA的踪影。

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编辑：吕海英

本文引用地址： http://www.eeworld.com.cn/designarticles/dsp/200801/article_17611.html

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