Pilkington FPGA架構(gòu)簡介

皮爾金頓Pilkington是是世界上最大的玻璃生產(chǎn)集團(tuán)之一。創(chuàng)建于1826年英國St.Helens，已具有195年的歷史，在全球擁有25個生產(chǎn)基地，銷售公司遍布130個國家。賓利、法拉利、奔馳、寶馬等世界級名車均采用皮爾金頓制造的專業(yè)擋風(fēng)玻璃。

那么你知道這個公司曾經(jīng)做過FPGA嘛...？是的，的確做過，但就像很多巨頭那樣，不是很成功。

這個玻璃公司在上個世紀(jì)建立微電子部門準(zhǔn)備在FPGA方向上大干一場，而且找到了Toshiba這個大用戶，但最終還是沒能成功，不得不把團(tuán)隊賣給了Motorola（后者最后也失敗了：））。

Pilkington FPGA架構(gòu)簡介

皮爾金頓有兩種（已知的）架構(gòu)，都是基于sea-of-gates設(shè)計的，其中邏輯功能是通過將門連接在一起來構(gòu)建的。上世紀(jì)80年代中期，不同的制造商有著非常不同的邏輯單元結(jié)構(gòu)。

第一種架構(gòu)（無特定名稱）是圍繞一個具有NAND門和鎖存器的邏輯單元設(shè)計的，每個邏輯單元通過本地互連進(jìn)入其相鄰的單元。白皮書指出，這是低效的，因?yàn)樾枰罅康腘AND門來實(shí)現(xiàn)通用功能，如OR和XOR，以及鎖存器出到DFF造成的布局限制。

第二種架構(gòu)(白皮書稱它為TS1)。像ABC這樣的邏輯優(yōu)化程序?qū)⑦壿嫳硎緸锳ND門、異或門、多路復(fù)用器和D觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)；并且所有這些都具有輸入可編程反向功能。在上世紀(jì)90年代中期，當(dāng)時的邏輯優(yōu)化工具仍然使用笨拙的sum-of-product方法時，皮爾金頓已經(jīng)在硬件上實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。

TS1 Logic Cell

邏輯單元本身挺簡單：組合邏輯單元只是從輸入選擇器mux中獲取輸入，可選地反向它們，并將它們饋送到NAND、XOR和MUX的輸入，從它們中選擇輸出，然后反向以放大信號。

時序邏輯單元沿著相同的路線。邏輯單元的輸出直接連接到“本地互連”：與相鄰信號的A和B輸入選擇器的快速鏈接；它還可以連接到“介質(zhì)互連”：較慢的水平和垂直互連鏈路（每行/列6個）通過邏輯單元“區(qū)域”傳播。

Routing 結(jié)構(gòu)

邏輯單元被分組為一個由3個組合邏輯單元和一個時序邏輯單元組成的正方形tile。這些tile有兩個變體（標(biāo)記為A和B，只在如何連接到inter-tile互連方面有所不同），tile平鋪在一起形成一個5x5的區(qū)域。

每個區(qū)域都被端口單元包圍，這些單元與“全局互連”通過接口相連。這種互連方式就是放在現(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)來看，其全局布線資源也是很精簡的，所以布線工具必須充分利用更多的本地布線資源。設(shè)計人員還有另一個訣竅：如果邏輯門足夠快，您可以通過門來路由邏輯，而不會造成太大的性能損失；這就是為什么inter-tile互連的行和列之間沒有直接鏈接-這些鏈接就是邏輯門本身。

與當(dāng)時的一些邏輯架構(gòu)（如Actel的多路復(fù)用器架構(gòu)）相比，這種設(shè)計還挺優(yōu)雅。所選擇的門又小又簡單，軟件處理起來相對容易：綜合不是問題，而且將邏輯劃分為區(qū)域的目的是通過將邏輯轉(zhuǎn)換為一個“分而治之”問題來更容易地布局布線，但也許現(xiàn)代算法將其視為一個全局問題也OK。

公司還自己搞了一套架構(gòu)評估工具...看來沒少投入啊...

至于為什么FPGA后來黃了，不得而知。也許架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)存在無法修復(fù)的錯誤，又或許上世紀(jì)90年代的EDA工具無法充分契合芯片的層次結(jié)構(gòu)吧。

審核編輯 ：李倩