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作者：孫昌旭 “有一天，當工程師使用FPGA就像使用ARM處理器一樣簡單和便宜，這時FPGA就會進入目前大量嵌入式CPU、DSP和ASIC/ASSP所適用的領域。我們將從一條小池塘的大魚變成大海里的最能干的魚(Smart Fish)。”賽靈思高級副總裁兼CTO Ivo Bolsens對《電子工程專輯》記者表示，“這一天很快就會到來。”他自信地說。 是的。賽靈思正在邁向目標。他們于今年4 月已向全球宣布推出一種全新的可擴展式處理平臺(Extensible Processing Platform)架構，將兩個ARM Cortex-A9核與FPGA集成，并共享一個AXI(緩存一致性接口)總線接口。“同與往的FPGA相比，這是一種全新的架構。”在公布這種新型架構半年后，CTO向本刊詳細解釋了賽靈思的設計思路：“首先，它是一種對等的異構多核處理器架構，F(xiàn)PGA可直接與處理器內(nèi)部總線連接，與傳統(tǒng)的FPGA為外設的架構比較，傳輸速度和效率大幅提升；第二，我們這一全新的架構，是ARM with FPGA(以 ARM為中心)，而不是以前的FPGA with CPU(以FPGA為中心)，其目的就是要讓工程師使用FPGA的感覺像是使用ARM核的處理器一樣簡單，我們的整個設計思路都會發(fā)生改變。”他進一步解釋，“這種架構的優(yōu)勢是主頻高達2GHz的A9內(nèi)核進行高速的控制與處理功能，而FPGA則可以靈活配置成能完成多種指定功能的對等多核處理器，他們連接到同一個總線，可以實現(xiàn)高效工作。” 很明顯，賽靈思的目的就是要搶占未來巨大的嵌入式CPU市場，從消費電子市場，到高端的通信市場。不過，其對手們肯定不會束手待斃，他們也在往這種異構多核的架構演進，包括傳統(tǒng)的嵌入式處理器廠商如飛思卡爾、TI、ST、三星、 Marvell以及本土的瑞芯微等大批處理器廠商，他們都在向多核ARM+硬加速器的多核異構架構演進；更包括賽靈思即將要面對的最強大的競爭對手——英特爾，雖然他們現(xiàn)在仍是親密無間的好兄弟。 在今年三月的IDF會上，英特爾嵌入式實驗室負責人就在一次小型媒體會上透露了他們未來的嵌入式CPU架構，該架構與賽靈思的架構非常相似，只不過，X86的Atom處理器代替了ARM核、多個基于硬加速器的功能模塊IP代替了 FPGA、總線方面則由QPI總線代替了AXI。其實，正如清華大學教授、國家863核高基項組負責人魏少軍在前不久深圳IIC主題演講中所指出：“這是大勢所趨。幾年后，嵌入式CPU、DSP、FPGA等各種處理器的架構都將殊途同歸，因為他們的架構都要向一個共同的目標演進，那就是必須同時集成動態(tài)可重配置功能、可編程功能、超級計算功能以及大量的邏輯陣列。這種趨勢將改寫目前的處理器供應商格局。” 然而，這種趨勢正是FPGA廠商所朝思暮想的，這也將徹底改變他們的命運，使得他們能走出傳統(tǒng)FPGA的應用瓶頸，從小小池塘走向浩瀚的大海。不過，同樣是異構多核架構，ARM with FPGA的優(yōu)勢又在哪里呢？“這些競爭產(chǎn)品中的異構核是硬加速器核，只能完成固定的功能；而我們的異構核是FPGA，生來就具有可重配置性，能靈活地配置成需要的多種功能，而可重配置是未來很多應用的重要需求。”Ivo解釋。不過，他也坦承，目前來看X86+特定硬核的處理速度可以比賽靈思的可重構功能更快。賽靈思的ARM based FPGA目前定位在深度嵌入式領域，致力于通過其靈活多變的特點搶占細分市場，從市場的長尾中最大程度獲益，而英特爾的嵌入式立足于高端嵌入式市場，主攻大規(guī)模高性能應用領域，同時矚目深度嵌入式領域。“所以，有些市場仍是屬于英特爾特有的市場，我們不會與他們競爭，比如視頻游戲。”作為英特爾多年的合作伙伴，他似乎不太愿意評論賽靈思未來與英特爾的競爭關系，他說“目前看來，賽靈思高端與INTEL保持了良好的合作關系，深度嵌入式方面與ARM緊密合作的局勢短期不會改變。”然而，根據(jù)Ivo的介紹，在其它更廣泛的視頻應用領域，ARM with FPGA將擁有巨大的發(fā)揮空間，而2012年全球互聯(lián)網(wǎng)上流量將有一半是基于視頻應用。這表示未來賽靈思與英特爾--特別是英特爾未來要主推的嵌入式 CPU，在深度嵌入式領域有一天可能會在中間某個地方相遇，競爭關系將在所難免。而賽靈思與英特爾目前親密的合作關系也將會走上一種競合的關系。“賽靈思的ARM based FPGA目前定位在深度嵌入式領域，致力于通過其靈活多變的特點搶占細分市場，從市場的長尾中最大程度獲益，而英特爾的嵌入式立足于高端嵌入式市場，主攻大規(guī)模高性能應用領域。”Ivo再次補充解釋。 其實，賽靈思與親密戰(zhàn)友之間的這種演變故事已發(fā)生過了，這就是它與DSP廠商的故事。FPGA與DSP廠商早已從親密戰(zhàn)友走上競合關系，并且未來恐怕更是會針鋒相對，特別是在目前DSP也寄預厚望的LTE/4G市場。“在傳統(tǒng)的 3G設備市場，F(xiàn)PGA的主要應用是射頻后處理方面，然而在未來的LTE/4G市場，F(xiàn)PGA將進入基站等核心應用，直接取代目前的多核DSP。”Ivo 已毫不諱言與DSP的激烈競爭，“這個市場我們已開始進入，并且旗開得勝，未來的增長潛力巨大。”他解釋，“在未來的4G基站系統(tǒng)中，X86仍在數(shù)據(jù)控制方面占優(yōu)勢，而FPGA則會在數(shù)據(jù)處理方面擁有巨大優(yōu)勢——以前這部分功能主要是由DSP來完成的，然而隨著4G網(wǎng)絡對大量并行數(shù)據(jù)處理需求的增加，多核 DSP已不能滿足需求。” 當然，除了在嵌入式CPU和DSP的大海里搶食，F(xiàn)PGA永遠不會停止從傳統(tǒng)對手ASIC和 ASSP的手里不斷攻城略地，直到有一天將他們逼到墻角。Ivo表示，“隨著我們高性能、低功耗的28nm賽靈思7系列FPGA的推出，在新的設計項目中基于FPGA的設計項目數(shù)將是ASIC/ASSP的三倍。采用全新的統(tǒng)一架構的FPGA將會從兩頭直逼ASIC/ASSP的領地：高端直達40G/10G 網(wǎng)絡的核心數(shù)據(jù)包處理、核心接口部分和Serdes芯片，這些領域傳統(tǒng)上多由ASIC來完成，因為其需要高速低功耗，現(xiàn)在7系列在性能提升的同時(可支持多達200萬個邏輯單元)將整體功耗降低50%以上，已完全能勝任這些工作；而低端則會直逼最新的消費電子產(chǎn)品，比如數(shù)碼相機、3D電視、便攜醫(yī)療設備以及車載信息娛樂系統(tǒng)等應用，在這些市場，7系列中的ARTIX 7將以低成本低功耗直接挑戰(zhàn)ASIC/ASSP應用。”在賽靈思的規(guī)劃中，留給ASIC/ASSP的領地越來越小，“從目前來看，只有手機不是FPGA適合的市場。”Ivo坦承，“另外，高端核心網(wǎng)絡中的包交換功能仍是ASIC/ASSP的強項。” 賽靈思領導的FPGA陣營正在從門前的PLD這樣一個小小池塘進入一個浩瀚的大海，他們將在大海里縱橫馳騁，他們的大海攪局也定會攪亂眾多設計工程師的習慣，這些工程師們將會逐漸改變一些傳統(tǒng)的思維定勢，會越來越多地考慮用FPGA替代DSP、CPU或者ASIC平臺，當然賽靈思在攪局讓對手難過的同時，沒有忘記讓設計工程師過得更自在、輕松，除了目標設計平臺大大簡化工程師的工作量外，他們也在相應的工具和軟件上進行創(chuàng)新、大幅降低FPGA的設計門檻，“比如基于我們合作伙伴開發(fā)的AutoESL工具自動生成的C2FPGA(C語言轉換為FPGA實現(xiàn)的高層次綜合工具)，比我們用RTL綜合寫出來的性能還好。并且，我們曾嘗試讓 TI的一家設計公司采用這個工具來設計基于FPGA的應用，他們完全沒有接觸過FPGA，只是非常熟悉C語言，然而通過Auto ESL，他們就可以很快在FPGA平臺設計了。” |
