Xilinx：FPGA向標(biāo)準(zhǔn)化虛擬SoC平臺(tái)演進(jìn)

“ 未來的FPGA，將會(huì)采用創(chuàng)新的迭堆式封裝（SIP），即在一個(gè)封裝里放多個(gè)裸片的技術(shù)，到那時(shí)，FPGA將成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、虛擬的SoC平臺(tái)來應(yīng)用?！?/FONT>

半導(dǎo)體行業(yè)最讓人稱道的是，能把沙子做成比金子還要貴的產(chǎn)品，并且這個(gè)故事一直延續(xù)到今天。這也激發(fā)了人們的創(chuàng)新意識(shí)，并不斷展示創(chuàng)新性思維將創(chuàng)新技術(shù)和融合技術(shù)給人們帶來的奇跡。

FPGA向平臺(tái)化方向發(fā)展

一年前，EDN China記者曾采訪過Xilinx公司副總裁兼首席技術(shù)官Ivo Bolsens，當(dāng)時(shí)Ivo Bolsens就表示過，目前的FPGA廠商只充當(dāng)技術(shù)跟隨者的角色已不能滿足客戶的要求，而是要根據(jù)市場(chǎng)發(fā)展的需求，不僅在器件生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)計(jì)架構(gòu)方面不斷創(chuàng)新，還要在FPGA器件的擴(kuò)展性、規(guī)模、速度、成本以及低功耗等方面都要得到進(jìn)一步的提升，甚至于要超越摩爾定律的發(fā)展，這也意味著FPGA供應(yīng)商的角色發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變。

前不久，當(dāng)記者再次采訪Ivo Bolsens時(shí)，他指出，未來的FPGA，將會(huì)采用創(chuàng)新的迭堆式封裝（SIP），即在一個(gè)封裝里面放多個(gè)裸片的技術(shù)。例如，將存儲(chǔ)器、模擬混合信號(hào)電路、通用接口、傳感器、以及高壓I/O等技術(shù)集成在一起，以替代帶有硬化IP的單個(gè)大型裸片。Ivo Bolsens透露，目前，Xilinx正在和幾家廠商一起開發(fā)虛擬SoC平臺(tái)。到那時(shí)，F(xiàn)PGA就不再僅僅是一個(gè)器件，它將成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、虛擬的SoC的平臺(tái)來應(yīng)用。

Ivo Bolsens分析道，和1999年初期相比，F(xiàn)PGA的成本降低了500倍，邏輯容量提高了200倍，功耗降低了50倍，而速度加快了40倍。預(yù)計(jì)到2010年，F(xiàn)PGA在價(jià)格上還會(huì)繼續(xù)降低5倍，容量會(huì)增大5倍，功耗會(huì)再降5倍，速度還會(huì)再增加5倍。從這個(gè)趨勢(shì)可以看到，將來FPGA的價(jià)值會(huì)越來越高。到2010年，F(xiàn)PGA的工藝技術(shù)將從65nm發(fā)展到45nm、32nm，F(xiàn)PGA 解決方案的總體成本會(huì)低于 ASIC的總體成本，F(xiàn)PGA最高密度將達(dá)到100萬邏輯單元，分等級(jí)的存儲(chǔ)模塊將達(dá)10 M Bytes on-chip，性能接近1 GHz，I/O 帶寬達(dá)到 terabit 級(jí)別，DSP性能實(shí)現(xiàn) 1,000 GMAC/s，嵌入式處理器性也能達(dá)到3,500 DMIPS。FPGA除了可編程邏輯以外，它還將集成更多的IP硬核。例如，最新的PCIe和高速以太網(wǎng)總線、高速串行收發(fā)器以及成百個(gè)的DSP的模塊等等。

Ivo Bolsens表示，F(xiàn)PGA技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，也將會(huì)給整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)帶來新的商業(yè)模式。他舉例說，在FPGA中實(shí)現(xiàn)一個(gè)32位的微處理器，性能可達(dá)到每秒百萬條指令，目前的價(jià)格只需要0.4美元。從價(jià)格上來說，目前 10萬門的FPGA價(jià)格也就是2美元左右。預(yù)計(jì)到2010年，50萬門的FPGA價(jià)格會(huì)在2美元左右。繼續(xù)下去，今后100萬門的FPGA價(jià)格也會(huì)降至2美元。這樣，客戶就可用FPGA來實(shí)現(xiàn)SoC，不用再擔(dān)心由于價(jià)格問題給設(shè)計(jì)帶來的挑戰(zhàn)?！八麄兛砂阎饕Ψ旁诩軜?gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)驗(yàn)證和差異化等核心競(jìng)爭(zhēng)力方面，這才是我們客戶的價(jià)值所在，從而給半導(dǎo)體行業(yè)帶來一個(gè)新的演進(jìn)。”

FPGA與處理器的對(duì)等關(guān)系

今年，F(xiàn)PGA與DSP之爭(zhēng)炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，F(xiàn)PGA開始行使DSP的“職能”卻是不爭(zhēng)的事實(shí)。在這期間，大多數(shù)人還只是認(rèn)為FPGA擔(dān)當(dāng)?shù)母嗟氖菂f(xié)處理器的角色。

此次采訪，Ivo Bolsens亮出他的觀點(diǎn)， FPGA與處理器是對(duì)等關(guān)系。他指出，三網(wǎng)合一后，對(duì)計(jì)算的能力和復(fù)雜度要求越來越高。最開始第一階段是把一個(gè)處理器和FPGA用PCI連到一起滿足計(jì)算處理能力的要求。FPGA可以直接和主處理器連接，而不需要通過南北橋、總線來進(jìn)行連接，而且FPGA在連接的時(shí)候還同時(shí)能夠訪問它的內(nèi)存；第二個(gè)階段是FPGA作為協(xié)處理器形式出現(xiàn)；最新的第三個(gè)階段FPGA就以一個(gè)對(duì)等處理的角色出現(xiàn)，也就是說FPGA可以放到CPU的插槽上面，多核處理器可仿真老處理器，這是FPGA最新的一個(gè)應(yīng)用。為什么把它叫做對(duì)等處理呢？就是說FPGA在多核系統(tǒng)里面，完全是和微處理器是一個(gè)平等的角色工作的。過去在老系統(tǒng)里面FPGA總是以從屬的方式為主系統(tǒng)服務(wù)的，而目前FPGA地位已經(jīng)上升成為平等、合作的伙伴關(guān)系。這種對(duì)等結(jié)構(gòu)是非常新的，同時(shí)也有很多技術(shù)挑戰(zhàn)，所以我們需和產(chǎn)業(yè)鏈的合作伙伴一起將這件事變得容易些，使對(duì)等處理變得更易于使用，這期間有一個(gè)非常重要的因素就是要有一個(gè)非常好的軟件，用這個(gè)軟件可以直接進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)目的。

FPGA的機(jī)遇

融合視頻，音頻，數(shù)據(jù)三重播放（Triple Play）業(yè)務(wù)，是未來FPGA發(fā)展的最好機(jī)遇。Ivo Bolsens說，對(duì)三重播放業(yè)務(wù)的部署是目前全球廣播和電信行業(yè)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，并將成為未來5年~10年驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新的主要?jiǎng)恿Γ?FPGA領(lǐng)域也是如此。實(shí)現(xiàn)三重播放的技術(shù)推動(dòng)力主要來自于三個(gè)方面：第一個(gè)是數(shù)字信號(hào)處理，即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 ；第二是包處理，也就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸；最后是高速運(yùn)算，就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這三個(gè)技術(shù)使得三重播放有可能變成現(xiàn)實(shí)。在實(shí)現(xiàn)三重播放業(yè)務(wù)中FPGA擔(dān)任一個(gè)非常重要的角色。例如，對(duì)三重播放基礎(chǔ)設(shè)施的支持產(chǎn)品主要是Xilinx高端器件Virtex系列產(chǎn)品，對(duì)于終端用戶支持的主要是公司低成本和低功耗的Spartan產(chǎn)品。
Ivo Bolsens認(rèn)為，設(shè)計(jì)支持三重播放業(yè)務(wù)的產(chǎn)品，從運(yùn)營商到最終用戶都非常具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)檫@些產(chǎn)品必須具備高性能、大容量、低功耗、低成本、上市時(shí)間短和市場(chǎng)生命周期長等特性，并且要能夠靈活適應(yīng)不斷演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。這些挑戰(zhàn)從而也使得PLD/FPGA 成為比ASIC 和ASSP更有優(yōu)勢(shì)的選擇。

Ivo Bolsens期待，當(dāng)新技術(shù)不斷推出時(shí)，在每一個(gè)電子產(chǎn)品中都會(huì)有FPGA的身影。

Xilinx的發(fā)展戰(zhàn)略

針對(duì)未來FPGA的發(fā)展，Ivo Bolsens強(qiáng)調(diào)，公司的發(fā)展戰(zhàn)略主要從三個(gè)方面演進(jìn)。一是從技術(shù)層面上，把越來越多的硬核集中到FPGA里面去，讓軟/硬件可編程能融合在一起，讓人們用FPGA的感覺就像使用軟件一樣；第二是產(chǎn)品方面，致力于降低成本和提高性能。目前，Xilinx要比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手提前2年~3年研發(fā)產(chǎn)品，這樣就會(huì)有降低3倍~4倍的成本優(yōu)勢(shì)優(yōu)先于對(duì)方。另外，針對(duì)便攜式的低功耗的應(yīng)用，Xilinx目前主要還是以CPLD這個(gè)產(chǎn)品線服務(wù)于低功耗和大批量的便攜式應(yīng)用市場(chǎng)。今后，在這個(gè)領(lǐng)域，Xilinx也會(huì)把FPGA引用到手持和電池供電的市場(chǎng)上去；第三個(gè)方面是在標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品上面加入更多的功能，向通用產(chǎn)品演進(jìn)。在這方面，Xilinx推出了交鑰匙的解決方案（例如視頻、無線和流量管理）。在交鑰匙方案的基礎(chǔ)之上再根據(jù)市場(chǎng)要求，做一些市場(chǎng)定制的平臺(tái)，比如對(duì)汽車電子方面的專用平臺(tái)。Xilinx希望公司的產(chǎn)品線從商業(yè)化器件到非常專用的垂直市場(chǎng)，都能提供不同類別的解決方案。