Altera CTO：未來十年是硅片融合的十年

　　近日,Altera資深副總裁,首席技術(shù)官M(fèi)isha Burich訪華。雖然這不是Misha第一次來中國,但卻是他第一次面對(duì)國內(nèi)媒體。Misha做了《硅片融合時(shí)代的FPGA》的主題發(fā)言,以下是其主題演講中的最重要部分：未來十年是硅片融合的十年。

　　以下文字整理來自Misha發(fā)言：

　　當(dāng)集成了很多其他功能之后，F(xiàn)PGA從原先的服務(wù)于膠合邏輯這樣的功能開始慢慢進(jìn)入到其他的市場。比如說通訊、軍工、測試儀器以及醫(yī)療等領(lǐng)域，這就是硅片融合的趨勢(shì)。

　　通用處理器或通用芯片的主要特點(diǎn)是軟件可編程，這樣整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)靈活，同一款芯片可以用在不同地方，應(yīng)用范圍廣，靈活性高，但同時(shí)問題是功效低，也就意味著每個(gè)任務(wù)所消耗的功耗會(huì)高。

　　另外讓我們看一下ASSP或者是ASIC，他們是固化的硬件，專門針對(duì)某個(gè)應(yīng)用。這些硬件很多都是不能編程的，這類產(chǎn)品的特點(diǎn)是成本低，效率高，面積小，但缺點(diǎn)是靈活性低，這時(shí)候有一些ASSP或者ASIC公司開始加入一些處理器，使其具有一定的靈活性。

　　而FPGA則是介于二者之間，兼具二者的優(yōu)點(diǎn)，硬件可編程的靈活性同時(shí)也兼具較好的功效。

　　圖一：以每十年為階段的FPGA市場演進(jìn)圖

　　所以在你選擇方案時(shí)，會(huì)有兩方面的考慮，到底是需要靈活性還是在意系統(tǒng)功耗。在英特爾的一份關(guān)于靈活性與效率的報(bào)告(High-Performance Energy-Efficient Reconfigurable Accelerator Circuits for the Sub-45nm Era)中，列舉了一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)，即每毫瓦百萬運(yùn)算次數(shù)。最左邊的是通用處理器，這一部分你會(huì)看到它的功效相對(duì)比較低，但是它的靈活性相對(duì)比較高。中間這一塊是DSP，DSP的功效其實(shí)在中間，功效最高的是專用的一些硬件，比如說ASIC、ASSP等，但是它的靈活性相對(duì)會(huì)很低。其實(shí)英特爾這個(gè)報(bào)告得出的一個(gè)結(jié)論是在一個(gè)要兼顧靈活跟功效的系統(tǒng)里面，最好的方案就是處理器與專用的硬件相結(jié)合。

　　圖二：來自英特爾的報(bào)告

　　根據(jù)英特爾的報(bào)告，英特爾也在找類似的硅片融合的方案。Altera也有硅片融合的趨勢(shì)，如果FPGA中集成了處理器，會(huì)同時(shí)兼具硬件與軟件的靈活性。同時(shí)，如果是我們把ASIC跟ASSP的一些特性加到我們FPGA，我們又可以為這個(gè)系統(tǒng)帶來更高的功效，更低的成本，這就是我們硅片融合的一個(gè)趨勢(shì)，這里面有處理器，有DSP，有專用的IP。當(dāng)然加上可編程的架構(gòu)，這就是硅片融合時(shí)代的混合系統(tǒng)架構(gòu)。

　　作為FPGA的供應(yīng)廠商，我們有一些天然的優(yōu)勢(shì)去做硅片融合這樣的技術(shù)，是因?yàn)樽鳛镕PGA的供應(yīng)廠商，我們了解FPGA的架構(gòu)，我們有它的一些生態(tài)系統(tǒng)。我們可以利用在FPGA上的優(yōu)勢(shì)，引用外面處理器或者是一些硬核的IP，來融合系統(tǒng)架構(gòu)。有些芯片廠商如果沒有FPGA的積累，盡管可以去做一些硅片融合，但他們只能做到處理器加上一些硬核的IP，靈活性就沒有像傳統(tǒng)的FPGA廠商做到這么靈活。

　　在我們看到的未來十年，F(xiàn)PGA架構(gòu)的演進(jìn)還在繼續(xù)。在FPGA中我們會(huì)有硬核的處理器，會(huì)有大容量的邏輯單元，我們可以利用這種兼顧的架構(gòu)不斷拓展應(yīng)用領(lǐng)域。我們可以覆蓋高性能的計(jì)算、高性能的存儲(chǔ)、汽車馬達(dá)控制等。

　　在迎接硅片融合的時(shí)代，如果只是做芯片的話是不夠的。芯片上面需要支撐的技術(shù)，作為Altera，我們?cè)谶@塊也有一些積累。比如說像集成處理器等方面。其實(shí)在過去的幾年中，我們已經(jīng)有很多的很廣的處理器的選擇給到客戶，包括我們自己開發(fā)的Nios 2的軟核處理器，它是一個(gè)RSIC架構(gòu)的處理器，是利用FPGA的架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)處理器功能的軟核。根據(jù)我們的調(diào)查，有三分之一的客戶會(huì)用到一個(gè)或多個(gè)NIOS軟核處理器。同時(shí)我們?cè)谟埠说奶幚砥鬟x擇上，我們會(huì)有ARM硬核處理器集成在FPGA中。

　　同時(shí)在其他的處理器的選擇上，我們還有MIPS 32這樣的軟核處理器給到客戶，同時(shí)還有跟飛思卡爾合作的ColdFire軟核處理器，ARM Cortex軟核處理器。同時(shí)，我們也和英特爾合作，有些客戶希望為Atom增加靈活性，所以英特爾將我們的FPGA與Atom做到了一個(gè)封裝下，成為單芯片方案。

　　另外一個(gè)方面作為ASIC這一塊，我們有HardCopy的技術(shù)，不光是整個(gè)芯片可以做成HardCopy，我們還有技術(shù)是把FPGA的一部分做HardCopy，這樣的話我們可以給客戶提供嵌入式ASIC方案。在ASSP這一塊我們會(huì)提供給客戶的解決方案，同時(shí)會(huì)有一些IP。舉個(gè)例子，我們?cè)?010年我們收購了一個(gè)公司叫Avalon，這個(gè)公司主要它是在OTN光通訊這一塊，它有很多光通信IP積累。通過收購Avalon這樣的公司，Altera能夠?yàn)镺TN的客戶提供一些解決方案，同時(shí)我們會(huì)用這樣的IP幫客戶解決一些系統(tǒng)的方案。

　　在DSP這一部分，Altera是一直在投入的。包括我們會(huì)提供浮點(diǎn)運(yùn)算的DSP的架構(gòu)，因?yàn)樵谟行?yīng)用里面需要有浮點(diǎn)運(yùn)算的DSP來給到很大的動(dòng)態(tài)范圍。我們同時(shí)還有在可變精度的DSP上面，我們?cè)谛乱淮漠a(chǎn)品上面會(huì)有這樣的可變精度的DSP模塊給到客戶。您看到復(fù)雜的系統(tǒng)上面，包括有FPGA、有處理器、還有DSP這樣的一些不同的技術(shù)，對(duì)它進(jìn)行編程其實(shí)是需要重要考慮的。怎么樣來編程是需要一套環(huán)境，包括綜合、仿真還有持續(xù)分析主要是對(duì)FPGA進(jìn)行編程。而對(duì)于復(fù)雜的芯片系統(tǒng)來說，系統(tǒng)互連也是需要考慮的。

　　同時(shí)，對(duì)于C代碼的編程，需要對(duì)處理器進(jìn)行C代碼的編程這樣一些工具，也是要考慮的。包括DSP的編程方法，編程工具也是要考慮的事情。同時(shí)對(duì)于嵌入式的軟件，還有操作系統(tǒng)方面的考量。

　　圖三：混合系統(tǒng)架構(gòu)下Altera生態(tài)系統(tǒng)開發(fā)工具

　　以上這五點(diǎn)，是在混合系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境下需要考慮的設(shè)計(jì)方式及方法。

　　現(xiàn)在在Altera，有50%的開發(fā)人員是在做軟件工程支持方面，50%做芯片本身。我自身也是來自EDA公司，所以公司其實(shí)是很重視這部分。

　　針對(duì)以上五點(diǎn)混合系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，我們有分別的解決方案：

　　在綜合、方針及時(shí)序分析方面，我們有傳統(tǒng)的QuartusII，而在片上互連方面，我們有Qsys工具。在基于C語言的編程工具上，OpenCL可以做一個(gè)并行編程的編譯器。DSP編程方面，我們跟The MathWorks合作，可以通過SoPC Builder下的DSP Builder提供給客戶。同時(shí)嵌入式的軟件工具及OS支持，由于我們有最強(qiáng)大的處理器組合，因此可以通過他們的第三方開發(fā)工具，獲得對(duì)FPGA的開發(fā)支持。