FPGA與DSP：競合中縮小差距

        DSP和FPGA由于各有優(yōu)缺點，因而各有擅長的應用領域。近年來，FPGA在與DSP的競合中，在降低開發(fā)難度、提高設計流程的生產(chǎn)效率方面做了大量工作，逐步縮小了與DSP的差距。

　　愛特公司高級產(chǎn)品市場推廣經(jīng)理Rajiv Nema
　　特定FPGA可超越DSP

　　DSP和FPGA之間的區(qū)別主要在于成本、工具可用性、性能和設計靈活性。它們各有其優(yōu)點和缺點，這取決于設計人員的經(jīng)驗和應用要求。然而，F(xiàn)PGA領域近期的發(fā)展狀況顯示，DSP和FPGA之間的差距正在縮小。

　　一直以來，在通信應用產(chǎn)品中，設計人員都是采用DSP。另外，更高集成度的器件也容許設計人員可以創(chuàng)建更精細的多功能設備。隨著在更短時間內提供更高復雜性的壓力增加，對可編程邏輯器件的需求也在增長。今天工藝技術方面取得的進步大幅降低了可編程邏輯器件的單元成本，提高了其在大批量市場的競爭力。半導體供應商務必在FPGA更快速、更小尺寸、更低價格和更低功耗方面投放更多力量，能夠滿足所有這些要求的FPGA將成為給設計帶來重大變化的先導者。

　　每種產(chǎn)品類型有著自身固有的優(yōu)勢。FPGA+DSP是一種有吸引力的組合，尤其是在需要小外形尺寸的復雜控制處理和高帶寬數(shù)據(jù)處理的應用中。功耗和成本預算正在推動企業(yè)尋找替代大型DSP的解決方案，能夠同時使用兩項技術的解決方案業(yè)已成為別具吸引力的選擇。

　　工程技術人員認識到采用特定FPGA可以獲得超越DSP的優(yōu)勢。例如，采用FPGA，設計團隊可以在最后階段進行修改。在上市時間日益重要的環(huán)境中，F(xiàn)PGA解決方案具有極大的優(yōu)勢。而且，對于高風險的嚴苛環(huán)境，非易失性的可重編程FPGA能夠構成理想的解決方案。Actel相信，許多對功耗敏感的便攜應用對低功耗FPGA的需求正日益增長，如消費電子、醫(yī)療以及工業(yè)市場。

　　Actel提供有DSP設計流程，可助力設計人員利用Matlab和Simulink以及其他大量的DSP模塊和Actel IP，對算法進行更高級的集成評估。DSP設計人員可以利用這些領先業(yè)界的工具，通過流暢而直觀的設計流程來編譯、優(yōu)化與測試RTL和系統(tǒng)門以及硬件級設計，縮短開發(fā)時間并加快上市速度。Actel Libero集成設計環(huán)境(IDE)是完備的設計和物理實現(xiàn)軟件工具套件，可為所有水平的用戶提供從始至終的開發(fā)工具和設計流程指引。

　　在三網(wǎng)融合方面，由于通信與消費電子應用的融合，以及包括視頻和高端音頻在內的高水平內容服務的出現(xiàn)，許多嵌入式應用對處理器性能的要求開始大幅提高。這種變化使現(xiàn)有的32位微控制器需求量增加，也使系統(tǒng)級集成應用中32位處理器的用量大增。在FPGA中加入集成式處理器，便可助力設計人員靈活實現(xiàn)其設計要求，并將所有功能集成在一個元件中。為了取得成功，許多SoC將會轉向混合信號平臺。

　　Altera亞太區(qū)產(chǎn)品市場經(jīng)理王冬剛
　　取經(jīng)DSP 提高FPGA設計工具效率

　　在通信基礎領域，F(xiàn)PGA和DSP會共存，它們相得益彰。

　　目前DSP開發(fā)更被工程師接受，這是DSP和FPGA開發(fā)流程的不同所帶來的問題，需要時間來解決。工程師剛開始接觸電子工程時，幾乎都先學習C語言，因此介入傳統(tǒng)DSP開發(fā)更容易些。而在FPGA中開發(fā)DSP要用HDL語言。針對這個狀況，Altera做了一個改善，就是提供一個工具，叫做DSP Builder，Matlab建模之后采用DSP Builder可把Simulink中的模型轉成DSP Builder中的HDL語言。最新的DSP Builder增加了Advanced Blockset功能，能夠快速高效構建多通道濾波器。只要工程師把時序和通道參數(shù)設置完，就可以實現(xiàn)多個通道的例化，從而完成一個設計，且無需過多手動操作，F(xiàn)PGA資源占用相對較少。在C語言方面，Altera目前提供一個名為C2H的工具，這是一個把C語言轉化成HDL語言的高級ESL工具，也可以做為DSP開發(fā)的工具。

　　對于通信基礎設施采用的芯片，Altera的FPGA+Hardcopy產(chǎn)品滿足了通信基礎設施設備先期標準多變、后期低成本的要求。

　　FPGA相對于SoC來講，最大的優(yōu)勢還是靈活。因為它可以根據(jù)客戶的要求去定制和改變，特別是對于通信市場而言。例如在4G中，沃達豐要求設備向小型化、共平臺化方向發(fā)展。針對運營商的這些要求，F(xiàn)PGA就顯得相當靈活，它可以根據(jù)不斷變化的標準去動態(tài)地進行調整，把硬件能夠相對確定地固化下來，如果以后有變化，還可以調整。但對于SoC來說，它的靈活性不夠，這是它的一個弊端。它不能適應變化的需求，一旦完成設計，運營商提出新的要求，還需要做新一版本的產(chǎn)品。

　　三網(wǎng)融合對FPGA和專用芯片來說是新機會，DSP機會可能不大。

　　賽靈思公司亞太區(qū)市場及應用總監(jiān)張宇清
　　復雜運算FPGA占優(yōu)

　　適于在一種器件上實施的算法在另一種器件上未必有效。如果目標應用需要大量并行處理或最大的多通道吞吐能力，完全基于DSP的硬件系統(tǒng)可能需要更大的芯片面積、更高的成本和更高的功耗。FPGA協(xié)處理器可以在單片器件上提供多達640個并行乘法和加法操作，對于很多應用來說，只需要更少的器件和更低的功率即可提供同樣的性能。盡管FPGA非常擅長并行處理大量數(shù)據(jù)，但在處理周期系數(shù)更新、決策控制任務或高速串行算術運算方面并沒有針對處理器而優(yōu)化。因此，F(xiàn)PGA和DSP處理器相結合能夠為范圍廣泛的應用提供成功的解決方案。

　　相對于FPGA，DSP的優(yōu)勢在于成本和功耗，但對于復雜的運算，F(xiàn)PGA的能力強于DSP。根據(jù)第三方網(wǎng)站bdti.com今年1月所做的評測顯示，如果僅就運算能力而言，F(xiàn)PGA的性能比DSP高出3倍～4倍。當DSP運算能力不足的時候，可以用FPGA做協(xié)處理器，充分利用其并行處理能力，提高系統(tǒng)的運算能力。此外，F(xiàn)PGA具有豐富的接口，即便是應用DSP的方案，有一些系統(tǒng)廠商也會用FPGA去實現(xiàn)接口功能。

　　通信設備中越來越多地在使用FPGA。最重要的原因是通信設備本身會根據(jù)標準、設備商、運營商的要求，不斷發(fā)生一些變化。特別是在中國市場，我們發(fā)現(xiàn)中國市場對一些功能包括技術的變化等方面的調整速度甚至比國外市場還要快。

　　FPGA讓硬件實現(xiàn)了軟件化，根據(jù)市場、運營商和設備商的需求變化，器件功能可以很快來適應調整。而這部分工作并不由FPGA企業(yè)來完成，而是由他們的客戶來實現(xiàn)。依靠賽靈思提供的開發(fā)工具，可以實現(xiàn)功能性的調整。如果運營商有進一步的需求，他們也能很快地響應，并立即提交符合需求的產(chǎn)品。

　　DPD(數(shù)字預失真)對無線通信設備廠商而言是非常有價值的技術。業(yè)內頂尖的廠商有自己的DPD算法，這些廠家用DPD技術去凸顯自己的技術優(yōu)勢，使DPD技術成為爭奪市場的殺手锏，某種意義上可以說是這些企業(yè)的最高機密。相對于DSP來講，由于FPGA只是提供一個平臺，系統(tǒng)廠商基于FPGA平臺開發(fā)自己的IP，這樣更有利于知識產(chǎn)權的保護，因此，設備廠商更傾向于利用FPGA做DPD。 

　　針對DPD應用，一些DSP廠商會對其產(chǎn)品進行改良，在傳統(tǒng)DSP中加入針對無線算法的硬模塊。這會帶來與FPGA的競爭，但目前應用還比較少。