FPGA設(shè)計(jì)因需而變 向新融合時(shí)代進(jìn)發(fā) - 全文

　　半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。目前，28nm芯片容量足以滿足整個(gè)系統(tǒng)需求，節(jié)省了功率組件和存儲(chǔ)器。如果說(shuō)哪一類產(chǎn)品的成長(zhǎng)率超過(guò)半導(dǎo)體行業(yè)平均增長(zhǎng)率，那FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)算是其中翹楚。無(wú)止境的帶寬需求、無(wú)處不在的互聯(lián)計(jì)算、不斷拓寬的市場(chǎng)、勢(shì)在必行的可編程技術(shù)都使得高度靈活的FPGA大放光彩。

　　一、FPGA設(shè)計(jì)因需而變

　　芯片設(shè)計(jì)取決于應(yīng)用

　　在新的制程中，F(xiàn)PGA通常是最先被采用、驗(yàn)證和優(yōu)化該工藝的器件之一。但是，對(duì)新技術(shù)節(jié)點(diǎn)的需求已經(jīng)超出了電路設(shè)計(jì)能力，在芯片級(jí)甚至是系統(tǒng)級(jí)影響設(shè)計(jì)選擇，例如要考慮高速串行接口。Altera現(xiàn)在通過(guò)工藝、器件和電路創(chuàng)新，發(fā)售了Stratix V FPGA，它具有可高度靈活配置的28 Gbps收發(fā)器。但是，在當(dāng)今以系統(tǒng)為導(dǎo)向的環(huán)境下，只有業(yè)界最快的集成收發(fā)器還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。串行鏈路需要速度足夠快的控制器才能夠跟上收發(fā)器。控制器需要速度很快的片內(nèi)總線、容量足夠大速度足夠快的緩沖來(lái)支持它們。所有這些模塊必須滿足能耗要求，具體取決于系統(tǒng)應(yīng)用以及使用模式。

　　相應(yīng)的，Altera收發(fā)器技術(shù)必須提供多種選擇。一些是在電路級(jí)——設(shè)計(jì)了不同版本的收發(fā)器工作在不同速率上，提供不同等級(jí)的能耗。從定制28nm系列中選擇芯片，系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在收發(fā)器速率和能耗上滿足了自己的系統(tǒng)要求，其它決定是在模塊級(jí)。PCI Express Gen3或者DDR3等對(duì)性能要求很高、對(duì)功耗要求很嚴(yán)的控制器是在可編程單元中實(shí)現(xiàn)，還是在固定硬件中實(shí)現(xiàn)?這類模塊應(yīng)該連接至可編程架構(gòu)，還是硬線連接的系統(tǒng)總線，或是都需要連接?答案取決于具體應(yīng)用。

　　而高速串行鏈路并不是唯一的實(shí)例。當(dāng)今很多系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括FPGA以及一個(gè)甚至多個(gè)32位嵌入式處理器，規(guī)劃人員應(yīng)該購(gòu)買(mǎi)CPU作為專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品IC或者高級(jí)控制器，還是在FPGA中實(shí)現(xiàn)CPU?如果是后者，那么他們應(yīng)該使用可編程架構(gòu)中的軟內(nèi)核，還是應(yīng)該選擇Altera SoC FPGA等支持硬核ARM處理器的FPGA?規(guī)劃人員應(yīng)該怎樣劃分設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)帶寬最大的數(shù)據(jù)流，例如，在高速緩存、DRAM控制器以及加速器之間，而不用跨過(guò)芯片邊界?這些答案還是取決于具體應(yīng)用。不論對(duì)于FPGA供應(yīng)商有多么方便，都沒(méi)有適用于所有用戶的一個(gè)統(tǒng)一解決方案。

　　為能夠滿足不同應(yīng)用的需求，F(xiàn)PGA系列必須提供收發(fā)器設(shè)計(jì)選擇，實(shí)現(xiàn)接口控制器，內(nèi)部存儲(chǔ)器模塊容量、速度和功耗，內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)CPU以及很多其它因素。

　　承擔(dān)大部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)職責(zé)

　　而大部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)無(wú)法承受ASIC的成本，一個(gè)芯片設(shè)計(jì)仍然需要服務(wù)于很多用戶。解決這一難題的唯一方法是Altera深入了解用戶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，找到最能滿足應(yīng)用需求以及市場(chǎng)規(guī)模的共性領(lǐng)域。這是一個(gè)細(xì)致而又需要大量知識(shí)的過(guò)程，使我們能夠進(jìn)一步貼近用戶的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。

　　多年來(lái)我們與Altera關(guān)鍵用戶密切合作，具有很深的專業(yè)應(yīng)用知識(shí)并且非常熟悉FPGA的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。而今天在我們與用戶之間打開(kāi)了另一空間：專用解決方案領(lǐng)域。2012年，很多非常具有競(jìng)爭(zhēng)力的系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將會(huì)高度專業(yè)化。他們?cè)诮a(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)上非常專業(yè)，但是依靠硅片供應(yīng)商來(lái)提供他們使用的系統(tǒng)平臺(tái)。這類設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還需要全套的專用知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)內(nèi)核以及自動(dòng)IP裝配工具，例如Altera的Qsys等?；蛘?，他們還需要完整的參考設(shè)計(jì)。隨著設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的日益專業(yè)化，他們的硅片合作伙伴將承擔(dān)大部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)職責(zé)。這些就是Altera在2012年的變革所在。

　　我們繼續(xù)在28nm以及后續(xù)節(jié)點(diǎn)與代工線伙伴合作，不斷在工藝、器件和電路上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，保持我們?cè)诠杵碗娐飞系募夹g(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，我們與用戶密切合作，確保交付非常符合他們的功耗、性能和成本特殊需求的產(chǎn)品。我們繼續(xù)深入理解各種專業(yè)應(yīng)用，從而能夠交付有助于用戶加速其設(shè)計(jì)規(guī)劃實(shí)施的IP和參考設(shè)計(jì)。

　　二、FPGA兼顧靈活性和高功效

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　　Altera資深副總裁首席技術(shù)官M(fèi)isha Burich

　　未來(lái)十年，F(xiàn)PGA架構(gòu)的演進(jìn)將會(huì)繼續(xù)，可以利用這種兼顧的架構(gòu)不斷拓展應(yīng)用領(lǐng)域。

　　如果在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)，如果我們把ASIC和ASSP的一些特性加入FPGA，又可為這個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)更高的功效和更低的成本，這是硅片融合的一個(gè)趨勢(shì)。

　　FPGA廠商有天然優(yōu)勢(shì)

　　作為FPGA的供應(yīng)廠商，我們有天然的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槲覀兞私釬PGA的架構(gòu)，并且有生態(tài)系統(tǒng)。我們可以引用外面的處理器或者是一些硬核的IP來(lái)融合系統(tǒng)架構(gòu)。有些芯片廠商如果沒(méi)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(méi)有像傳統(tǒng)的FPGA廠商這么好。

　　未來(lái)十年，F(xiàn)PGA架構(gòu)的演進(jìn)將會(huì)繼續(xù)。在FPGA中我們會(huì)有硬核的處理器和大容量的邏輯單元，可以利用這種兼顧的架構(gòu)不斷拓展應(yīng)用領(lǐng)域，覆蓋高性能計(jì)算、高性能存儲(chǔ)、汽車馬達(dá)控制等。

　　需要支撐技術(shù)積累

　　在迎接硅片融合的時(shí)代，如果只是做芯片的話是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。芯片上需要支撐的技術(shù)，我們Altera在這方面也有一些積累，比如說(shuō)集成處理器等方面。其實(shí)在過(guò)去的幾年中，我們已經(jīng)有很多的處理器供客戶選擇，包括我們自己開(kāi)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(lái)實(shí)現(xiàn)處理器功能的軟核。

　　根據(jù)我們的調(diào)查，有1/3的客戶會(huì)用到一個(gè)或多個(gè)NIOS軟核處理器，因此在硬核的處理器選擇上，我們也同樣會(huì)有ARM硬核處理器集成在FPGA之中，提供給客戶選擇。

　　在其他處理器方面，我們有MIPS 32這樣的軟核處理器提供給客戶，還有跟飛思卡爾合作的ColdFire軟核處理器、與ARM合作的Cortex軟核處理器。同時(shí)，我們也和英特爾合作，因?yàn)橛行┛蛻粝Ｍ麨锳tom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。

　　此外，在ASIC方面，我們有HardCopy的技術(shù)，不光是整個(gè)芯片可以做成HardCopy，我們還能把FPGA的一部分做HardCopy，這樣就可為客戶提供嵌入式ASIC方案。在ASSP方面，我們也會(huì)提供解決方案，同時(shí)會(huì)有一些IP。舉個(gè)例子，我們?cè)?010年收購(gòu)了一個(gè)叫Avalon的公司，這個(gè)公司在OTN光通信領(lǐng)域有很多光通信IP的積累。通過(guò)收購(gòu)類似Avalon的公司，Altera能夠?yàn)镺TN的客戶提供一些解決方案。

　　在DSP方面，Altera也一直在投入。包括浮點(diǎn)運(yùn)算的DSP架構(gòu)，因?yàn)樵谟行?yīng)用中需要有浮點(diǎn)運(yùn)算的DSP來(lái)提供很大的動(dòng)態(tài)范圍。在可變精度DSP方面，我們?cè)谛乱淮a(chǎn)品上也會(huì)有可變精度的DSP模塊給客戶。

　　混合系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需對(duì)應(yīng)解決方案

　　在復(fù)雜的系統(tǒng)中，包括有FPGA、處理器、DSP等不同的模塊，如何對(duì)它們編程需要多方考慮，包括綜合、仿真時(shí)序分析、系統(tǒng)互聯(lián)、基于C語(yǔ)言的編輯工具、DSP編程以及嵌入式軟件工具OS支持等。

　　現(xiàn)在Altera有50%的開(kāi)發(fā)人員在做軟件工程支持，另外50%做芯片本身。針對(duì)以上提到的混合系統(tǒng)開(kāi)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;在片上互聯(lián)方面，我們有Qsys工具;在基于C語(yǔ)言的編程工具方面，OpenCL可以做一個(gè)并行編程的編譯器;在DSP編程方面，我們跟The MathWorks合作，可以通過(guò)SoPC Builder下的DSP Builder服務(wù)客戶;在嵌入式軟件工具及OS支持方面，由于我們有最強(qiáng)大的處理器組合，因此可以通過(guò)他們的第三方開(kāi)發(fā)工具，獲得對(duì)FPGA的開(kāi)發(fā)支持。

　　三、FPGA設(shè)計(jì)融入哲學(xué)思想

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　　北京周立功公司FPGA工程師 郭立龍

　　融合為電子技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用帶來(lái)了更適合的方式，而FPGA與生俱來(lái)的屬性更使得這些方式呈現(xiàn)出多樣性。

　　FPGA器件擴(kuò)展ASSP功能

　　當(dāng)不同電壓的器件在一塊PCB上集合時(shí)，面臨兼容各種電平標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，有了FPGA，情況大為改觀。

　　在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，曾使用FPGA器件彌補(bǔ)ASSP器件功能上的不足。通用的MCU器件也許在智能家居主控單元中或者電表集抄器上無(wú)法提供足夠的UART外設(shè)端口，F(xiàn)PGA的邏輯單元以及雙口RAM資源的運(yùn)用,能夠以最少的硬件電路消耗完成多路UART接口的擴(kuò)展，而且是輕松實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楦鱾€(gè)FPGA廠家提供了經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證的IP核。

　　同時(shí)，我們?cè)?jīng)也使用FPGA器件來(lái)增強(qiáng)或擴(kuò)展ASSP器件已具備的功能。當(dāng)不同電壓標(biāo)準(zhǔn)的器件在一塊PCB上集合時(shí)，設(shè)計(jì)者面臨兼容各種電平標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，或許MCU僅能夠提供1.8V LVTTL，但有了FPGA的引入，情況將大為改觀。FPGA的多電平標(biāo)準(zhǔn)Bank I/O能夠完成1.8V LVTTL到3.3V LVCMOS、2.5V LVTTL等電平的完美橋接并不降低速度。

　　另外，我們還一直看重FPGA器件的高速的并行執(zhí)行能力。數(shù)字0與1的翻轉(zhuǎn)時(shí)間在FPGA器件中能夠輕易小于零點(diǎn)幾納秒，這賦予了它無(wú)與倫比的集成電路速度。我們?cè)诖笮偷耐ㄐ旁O(shè)備中能夠看到他的性能，一些高速端口在處理數(shù)十條信道中的復(fù)雜的通信協(xié)議編碼與解碼，同時(shí)另一些I/O在并行處理多達(dá)10路的高速ADC送來(lái)的數(shù)據(jù)。

　　扮演控制核心角色

　　足夠大的可編程邏輯門(mén)陣列將可以實(shí)現(xiàn)任何數(shù)字電路。內(nèi)嵌式MCU與FPGA的融合是正在上演的重頭戲。

　　后來(lái)，SoC的概念被提出，F(xiàn)PGA器件開(kāi)始以控制核心的角色登臺(tái)。如果所有的數(shù)字電路都是邏輯開(kāi)關(guān)，那么足夠大的可編程邏輯門(mén)陣列將可以實(shí)現(xiàn)任何數(shù)字電路。無(wú)疑，內(nèi)嵌式MCU與FPGA的融合是正在上演的重頭戲。

　　Altera半導(dǎo)體推出的NiosII軟核處理器是標(biāo)志性的SoC。NiosII處理器在FPGA邏輯中完整的運(yùn)行軟件編譯代碼并且不輸性能，最重要的是能夠與FPGA Fabric無(wú)縫連接，融合為一體。Altera半導(dǎo)體提供通過(guò)驗(yàn)證的一系列IP Core能夠使得設(shè)計(jì)者輕易完成自定義的SoC系統(tǒng)搭建。我們看到大學(xué)中的愛(ài)好者在廠家的技術(shù)資料參考下能夠順利完成基于DDS技術(shù)的任意波形發(fā)生器設(shè)計(jì)，并帶有LCD顯示屏和觸摸屏的人機(jī)交互GUI菜單，然后通過(guò)文件系統(tǒng)的支持將波形數(shù)據(jù)存入SD卡。

　　Microsemi公司的FPGA產(chǎn)品，早期在ProASIC3系列器件中實(shí)現(xiàn)嵌入ARM公司授權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)MP7以及Cortex-M1內(nèi)核，方式與Altera半導(dǎo)體的NiosII類似，但是這類方式有同一個(gè)短板——需要在FPGA器件外面增加額外的MCU所需內(nèi)存器件，這使設(shè)計(jì)者又想起了傳統(tǒng)的單板機(jī)式系統(tǒng)思路。不過(guò)很快，Microsemi半導(dǎo)體Fusion(融合)器件系列的誕生第一次使SoC的概念變得清晰。Fusion系列器件內(nèi)嵌了多達(dá)512KB的用戶可用FlashMemory，設(shè)計(jì)者可以在需要嵌入Cortex-M1或者8051S處理器內(nèi)核的時(shí)候，將程序運(yùn)行的C Code存儲(chǔ)在器件內(nèi)部的FlashMemory中，當(dāng)然也可以用來(lái)存儲(chǔ)字庫(kù)、數(shù)組等用戶數(shù)據(jù)。Fusion的另一個(gè)創(chuàng)新在于將多達(dá)30個(gè)通道并包含比較器等調(diào)理電路的ADC集成于單芯片內(nèi)，實(shí)現(xiàn)模擬電路與數(shù)字電路的融合……現(xiàn)在，我們以上曾經(jīng)做過(guò)的FPGA設(shè)計(jì)一定程度上可以統(tǒng)一到Fusion器件的單芯片SoC平臺(tái)了。

　　利用Fusion的FPGA+Analog+“MCU”架構(gòu)，我們?cè)晒f(xié)助設(shè)計(jì)者定制其專屬的多核SoC系統(tǒng)。該產(chǎn)品的PCB面積有限，而傳統(tǒng)的行業(yè)方案或許需要2-3顆MCU來(lái)并行處理才能夠得以完成?；谠O(shè)計(jì)者已有的軟件算法，我們推薦一顆Fusion器件并順利協(xié)助設(shè)計(jì)者嵌入2顆MCU軟核完成設(shè)計(jì)，他同時(shí)將原來(lái)的PCB縮減50%。而實(shí)現(xiàn)的這些功能包括數(shù)據(jù)的多通道配置、數(shù)據(jù)格式的算法、系統(tǒng)的多路模擬量監(jiān)控(ADC模擬模塊)、GPRS的遠(yuǎn)程通信協(xié)議和加密算法。在以后的相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，公司多次對(duì)設(shè)計(jì)者推薦這一項(xiàng)真正單芯片的軟核SoC解決方案并不斷獲得認(rèn)可，“融合”這個(gè)詞的意義初顯。

　　內(nèi)嵌硬核處理器拉開(kāi)序幕

　　硬核將晶圓面積變得更小而性能更高，也省去設(shè)計(jì)者調(diào)用軟核處理器之外全總線掛接的調(diào)試步驟。

　　有了軟核對(duì)于SoC技術(shù)的拓荒，半導(dǎo)體廠家開(kāi)始考慮比較軟核的邏輯單元門(mén)數(shù)與硬核的晶圓面積之間的平衡，于是，由FPGA半導(dǎo)體廠家主導(dǎo)的內(nèi)嵌硬核處理器拉開(kāi)序幕。Xilinx半導(dǎo)體與PowerPC的結(jié)合、Altera半導(dǎo)體與Cortex-A的結(jié)合、Microsemi半導(dǎo)體SmartFusion器件內(nèi)部帶有Cortex-M3硬核和通用外設(shè)部件……硬核利用半導(dǎo)體工藝的優(yōu)勢(shì)將晶圓面積變得更小而性能更高，同時(shí)也省去了設(shè)計(jì)者調(diào)用軟核處理器之外全總線掛接的調(diào)試步驟，減少設(shè)計(jì)者自設(shè)計(jì)軟核系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素。

　　通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間與Microsemi半導(dǎo)體的接觸，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)者對(duì)SmartFusion系列器件在原有Fusion的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成真正的硬件FPGA+Analog+MCU的結(jié)構(gòu)有著更加快速的認(rèn)可，并在設(shè)計(jì)推廣中收獲一些代表性的方案應(yīng)用。在工業(yè)場(chǎng)合，SmartFusion器件采用的已被廣泛應(yīng)用的Cortex-M3標(biāo)準(zhǔn)ARM內(nèi)核，使得設(shè)計(jì)者很容易將原來(lái)的同樣內(nèi)核MCU的設(shè)計(jì)無(wú)縫移植過(guò)來(lái)，同時(shí)，官方及周立功公司等提供完善的技術(shù)支持，設(shè)計(jì)者可以在SmartFusion器件的硬核和以太網(wǎng)MAC中運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持TCP/IP協(xié)議，而官方也提供了廣泛應(yīng)用與工業(yè)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)IP解決方案。這樣，設(shè)計(jì)者將多路ADC采集的模擬量數(shù)據(jù)整合上傳，同時(shí)Cortex-M3接收主機(jī)端的控制指令通過(guò)AHB內(nèi)部總線驅(qū)動(dòng)FPGA邏輯部分的多路SVPWM實(shí)施MOSFET橋電路的精確控制。這樣的應(yīng)用在電機(jī)控制及高壓變頻器中是比較普遍的，而讓人高興的是，SmartFusion器件可以通過(guò)啟動(dòng)IAP方式使用內(nèi)核來(lái)更新FPGA邏輯的程序，使器件遠(yuǎn)程更新變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，也提供了在這類較為危險(xiǎn)的場(chǎng)合下為保障調(diào)試人員安全的一種解決方案。

　　前不久，幫助一位FPGA設(shè)計(jì)者分析幾段HDL的設(shè)計(jì)，其中不同的編碼方式使得同樣功能的兩個(gè)模塊在時(shí)序上的布局布線竟產(chǎn)生了截然不同的差異，輸出難以解釋的混亂數(shù)據(jù)，期間百思不得其解?！盎蛟S他們(模塊)想要平等的待遇”——僅僅打趣的一句話而已，沒(méi)想到在更改為同樣的編碼位后問(wèn)題得以解決!再次感慨現(xiàn)在的設(shè)計(jì)也需要融合哲學(xué)的思想!從電阻電容到集成電路，從開(kāi)關(guān)管到可編程邏輯陣列，從8086的CPU雛形到盛行于世的ARM與SoC……當(dāng)電火花遭遇半導(dǎo)體，人類的智慧使得它變得有序和富有靈魂!原來(lái)這是一場(chǎng)融合的大革命，持續(xù)百年并且仍在延續(xù)。

　　四、FPGA：融合邁入新階段

　　向新融合時(shí)代進(jìn)發(fā)

　　雖然FPGA現(xiàn)在只有幾個(gè)資深玩家，但仍然可用“異彩紛呈”描述它的創(chuàng)新軌跡，而融合則是其“精髓”。一方面，它的融合不只是“跨界”，通過(guò)集成ARM處理器等進(jìn)入嵌入式市場(chǎng)。正如維特根斯坦所言，各種哲學(xué)流派存在家族相似性，F(xiàn)PGA的融合也相似。如賽靈思(Xilinx)的Zynq-7000系列、Altera的28nm Cyclone V和Arria V產(chǎn)品、Microsemi半導(dǎo)體公司的SmartFusion器件等。Altera資深副總裁、首席技術(shù)官M(fèi)isha Burich表示，未來(lái)10年是FPGA融合的時(shí)代，在FPGA中會(huì)集成硬核處理器、大容量邏輯單元、精度可調(diào)DSP等，利用這種兼顧的架構(gòu)可不斷拓展應(yīng)用領(lǐng)域，覆蓋高性能計(jì)算、高性能存儲(chǔ)、汽車馬達(dá)控制等。

　　另一方面，F(xiàn)PGA廠商突破摩爾定律的3D異構(gòu)IC，將不同工藝的模擬和數(shù)字IC實(shí)現(xiàn)單芯片集成，為FPGA開(kāi)辟了更廣闊的未來(lái)。京微雅格(北京)科技有限公司市場(chǎng)總監(jiān)竇祥峰就提到，F(xiàn)PGA未來(lái)融合的方向和創(chuàng)新點(diǎn)應(yīng)該是在封裝上，現(xiàn)在封裝和制程節(jié)點(diǎn)同樣重要，封裝技術(shù)對(duì)系統(tǒng)集成有很大的幫助，如TSV硅穿孔、2.5D封裝/3D封裝等新型封裝技術(shù)。

　　賽靈思公司全球高級(jí)副總裁、亞太區(qū)執(zhí)行總裁湯立人也對(duì)記者表示，3D IC可將混合信號(hào)、存儲(chǔ)器和高密度邏輯等不同工藝的裸片集成，邏輯使用20nm/22nm工藝，而混合信號(hào)和存儲(chǔ)器則使用更成熟、更合適的工藝節(jié)點(diǎn)。3D IC技術(shù)可降低企業(yè)一下子把所有設(shè)計(jì)都移植到最尖端工藝的壓力和風(fēng)險(xiǎn)，從而有助于整個(gè)行業(yè)向20nm工藝過(guò)渡?！安贿^(guò)，系統(tǒng)級(jí)單芯片器件的設(shè)計(jì)和集成比以往需要更多專業(yè)技術(shù)和投資，3D IC的開(kāi)發(fā)和測(cè)試也需要多年專業(yè)經(jīng)驗(yàn)?！睖⑷诉M(jìn)一步指出。

　　最近一年間賽靈思已交付了全球首批單芯片異構(gòu)3D IC，其中包括高密度的Virtex-7 2000T，提供68億個(gè)晶體管和2000萬(wàn)個(gè)ASIC等效門(mén);高帶寬的Virtex-7 H580T，提供多達(dá)16個(gè)28Gbps收發(fā)器和72個(gè)13.1Gbps收發(fā)器以及可滿足關(guān)鍵Nx100G和400G線路卡應(yīng)用功能要求的單芯片解決方案。

　　當(dāng)然，一切創(chuàng)新都要以應(yīng)用為導(dǎo)向。Altera公司總裁兼CEO John Daane表示，F(xiàn)PGA對(duì)新技術(shù)節(jié)點(diǎn)的需求已經(jīng)超出了電路設(shè)計(jì)能力，在芯片級(jí)甚至是系統(tǒng)級(jí)影響設(shè)計(jì)選擇。他舉例道，在當(dāng)今以系統(tǒng)為導(dǎo)向的環(huán)境下，只有業(yè)界最快的收發(fā)器還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。串行鏈路需要速度足夠快的控制器才能夠跟上收發(fā)器，控制器需要速度很快的片內(nèi)總線、容量足夠大和速度足夠快的緩沖以支持它們，而且所有這些模塊必須滿足能耗要求。

　　設(shè)計(jì)工具革新應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)

　　將融合進(jìn)行到底的FPGA雖然一路走來(lái)風(fēng)光無(wú)限，但Altera亞太區(qū)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理謝曉東指出：“FPGA硬件設(shè)計(jì)的靈活性也會(huì)帶來(lái)諸如設(shè)計(jì)復(fù)雜度增加的煩惱，而軟件開(kāi)發(fā)在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期中占重要地位。誰(shuí)更早開(kāi)發(fā)軟件，誰(shuí)就能占據(jù)先機(jī)，贏得市場(chǎng)。”由于FPGA包括處理器、DSP、硬核IP等不同模塊，如何對(duì)它編程需要認(rèn)真考慮，包括綜合、仿真及時(shí)序分析，系統(tǒng)互聯(lián)，基于C語(yǔ)言的編輯工具，DSP編程以及嵌入式軟件工具OS支持等。

　　而FPGA廠家對(duì)設(shè)計(jì)工具的革新也著眼于此。賽靈思前不久公開(kāi)發(fā)布新一代顛覆性設(shè)計(jì)環(huán)境Vivado設(shè)計(jì)套件，來(lái)打破集成和實(shí)現(xiàn)的瓶頸?！癡ivado不僅能加速可編程邏輯和IO的設(shè)計(jì)速度，而且還可提高可編程系統(tǒng)的集成度和實(shí)現(xiàn)速度，讓器件能夠集成3D堆疊硅片互聯(lián)技術(shù)、ARM處理系統(tǒng)、模擬混合信號(hào)(AMS)和絕大大部分半導(dǎo)體IP核。Vivado設(shè)計(jì)套件突破了可編程系統(tǒng)集成度和實(shí)現(xiàn)速度兩方面的重大瓶頸，將設(shè)計(jì)生產(chǎn)力提高到同類競(jìng)爭(zhēng)開(kāi)發(fā)環(huán)境的4倍?！睖⑷酥赋?。

　　而Altera的方法是“各個(gè)擊破”。Misha Burich提到，針對(duì)以上五點(diǎn)混合系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境，Altera有分別的解決方案：在綜合、仿真及時(shí)序分析方面，有傳統(tǒng)的QuartusII;而在片上互連方面，提供Qsys工具;在基于C語(yǔ)言的編程工具上，OpenCL可以做一個(gè)并行編程的編譯器;在DSP編程方面，Altera與The MathWorks公司合作，可以通過(guò)SoPC Builder下的DSP Builder提供給客戶;在嵌入式的軟件工具及OS支持方面，可通過(guò)他們的第三方開(kāi)發(fā)工具，獲得對(duì)FPGA的開(kāi)發(fā)支持。此外，Altera率先在FPGA業(yè)界實(shí)現(xiàn)了虛擬原型開(kāi)發(fā)技術(shù)，可支持用戶面向他們的SoC FPGA器件開(kāi)始應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)，以最小的工作量將軟件移植到等價(jià)的硬件中，不需要修改就可以運(yùn)行。

　　而京微雅格也深知開(kāi)發(fā)工具的重要性?！盀榭s短設(shè)計(jì)周期和加快上市，提供便捷易用的開(kāi)發(fā)工具越來(lái)越重要，我們?cè)谲浖子眯耘c人性化、調(diào)試的方便性、時(shí)序優(yōu)化、軟件編譯時(shí)間上做了很大的努力，現(xiàn)在我們?cè)谶@些方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平?！备]祥峰表示。

　　除了FPGA原廠自己提供開(kāi)發(fā)套件外，第三方的開(kāi)發(fā)板或工具是FPGA生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。北京阿爾戴信息技術(shù)有限公司南方區(qū)技術(shù)經(jīng)理毛春靜提到，目前的主流FPGA器件廠商，都只提供滿足基本開(kāi)發(fā)流程所需功能的工具，對(duì)前端設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和評(píng)測(cè)支持甚少，這都需要專業(yè)的第三方EDA工具提供支持?！半S著對(duì)FPGA器件應(yīng)用的深入以及規(guī)模的擴(kuò)大、復(fù)雜度的提高，必然會(huì)對(duì)第三方專業(yè)EDA工具有著持續(xù)增長(zhǎng)的需求?！泵红o表示。

　　對(duì)于未來(lái)FPGA開(kāi)發(fā)工具走向，竇祥峰表示，未來(lái)FPGA開(kāi)發(fā)工具會(huì)利用CPU多核技術(shù)，減少FPGA的編譯時(shí)間，利用GUI實(shí)現(xiàn)與RTL的互操作，提高軟件的效率等。

　　國(guó)內(nèi)廠商開(kāi)始發(fā)力

　　從20世紀(jì)80年代開(kāi)始先后有58家公司從事過(guò)FPGA的研發(fā)，但目前FPGA廠家僅只有三四家碩果僅存。而國(guó)內(nèi)的聲音在這方面相比通信芯片、無(wú)線芯片等相對(duì)較弱?？上驳氖?，除了航天772所在高可靠領(lǐng)域應(yīng)用FPGA領(lǐng)域取得突破外，另一家著力于民用市場(chǎng)的京微雅格開(kāi)始異軍突起。

　　京微雅格公司CEO劉明博士對(duì)記者介紹，從多家技術(shù)、資金實(shí)力雄厚的大公司在FPGA領(lǐng)域折戟沉沙中吸取的教訓(xùn)在于：一是不能以技術(shù)為導(dǎo)向，要重視市場(chǎng);二是要保證持續(xù)的資金投入，有些公司正是因?yàn)橘Y金鏈的中斷而退出市場(chǎng)。三是市場(chǎng)與芯片定位問(wèn)題;四是軟硬件配合問(wèn)題。

　　京微雅格則吸取早期FPGA廠商失敗的經(jīng)驗(yàn)，以研發(fā)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向，在經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的充分調(diào)研后確定了現(xiàn)在的FPGA+CPU+FLASH+SRAM的Tile架構(gòu)，并推出了32款產(chǎn)品。劉明介紹說(shuō)，京微雅格的優(yōu)勢(shì)在于研發(fā)、銷售、市場(chǎng)、售后全部都在中國(guó)，因此更加了解中國(guó)的市場(chǎng)特點(diǎn)和需求。下一步京微雅格已開(kāi)始55納米LP工藝CME4000產(chǎn)品系列的開(kāi)發(fā)，計(jì)劃10月開(kāi)始流片。

　　而航天772所則在高可靠領(lǐng)域應(yīng)用找到了自己的施展天地。目前高可靠領(lǐng)域應(yīng)用FPGA市場(chǎng)大約在整個(gè)FPGA市場(chǎng)的10%-15%份額，并且每年呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。航天772所FPGA部主任陳雷表示，目前FPGA產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入了“應(yīng)用為王”的時(shí)代，構(gòu)建不同應(yīng)用領(lǐng)域的平臺(tái)FPGA產(chǎn)品是未來(lái)發(fā)展方向。面向宇航、軍用及汽車等特殊領(lǐng)域應(yīng)用，航天772所已形成百萬(wàn)門(mén)級(jí)高可靠和高等級(jí)的FPGA系列產(chǎn)品。

　　當(dāng)然，雖然國(guó)內(nèi)FPGA已邁出了“一小步”，但能否成為FPGA業(yè)的“一大步”，還有諸多挑戰(zhàn)。劉明表示，目前公司遇到的最大挑戰(zhàn)是如何讓國(guó)產(chǎn)FPGA盡快地進(jìn)入市場(chǎng)并得以認(rèn)可，除了自身修煉內(nèi)功之外，還需要國(guó)內(nèi)市場(chǎng)持續(xù)關(guān)注國(guó)產(chǎn)FPGA的研發(fā)進(jìn)度，帶動(dòng)整個(gè)使用國(guó)產(chǎn)FPGA的生態(tài)鏈發(fā)展。陳雷也指出，應(yīng)借助國(guó)家重大科技專項(xiàng)推動(dòng)國(guó)產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的方式構(gòu)建完善的國(guó)內(nèi)FPGA產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境，合適地引入資本市場(chǎng)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加強(qiáng)整機(jī)系統(tǒng)企業(yè)對(duì)國(guó)產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)的牽引作用，力爭(zhēng)以點(diǎn)帶面，尋求合適的特殊領(lǐng)域應(yīng)用環(huán)境作為國(guó)產(chǎn)FPGA的市場(chǎng)切入點(diǎn)，形成中國(guó)FPGA的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

　　五、可重構(gòu)激發(fā)FPGA活力

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　　京微雅格公司CEO劉明

　　京微雅格的前身是 AgateLogic公司，成立于2005年，目前已累計(jì)投入4200萬(wàn)美元資金，包括兩年前北京市政府投入1400萬(wàn)美元以加強(qiáng)京微雅格公司的產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，足見(jiàn)政府對(duì)FPGA產(chǎn)業(yè)的重視。

　　軟件支持成為關(guān)鍵

　　我們也注意到，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，先后有58家公司從事過(guò)FPGA的研發(fā)，其中不乏像Intel、TI、AT&T、三星等技術(shù)、資金實(shí)力雄厚的大公司，但目前FPGA廠家僅只有三四家。

　　我們從中吸取的教訓(xùn)在于：一是不能以技術(shù)為導(dǎo)向，要重視市場(chǎng);二是要保證持續(xù)的資金投入，有些公司正是因?yàn)橘Y金鏈的中斷而退出市場(chǎng);三是市場(chǎng)與芯片定位問(wèn)題;四是軟硬件配合問(wèn)題。

　　京微雅格吸取早期FPGA廠商失敗的經(jīng)驗(yàn)，以研發(fā)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向，產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合。京微雅格看到FPGA發(fā)展的趨勢(shì)，即高集成度、可重構(gòu)和低功耗，在經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的充分調(diào)研后，確定了 FPGA+CPU這種模式，提出并發(fā)展了一系列自我創(chuàng)新的概念和核心技術(shù)(如微處理器與可編程模塊的融合，高速布線網(wǎng)絡(luò)DCC在互連架構(gòu)中的應(yīng)用等)，開(kāi)發(fā)出了FPGA+CPU+FLASH+SRAM的Tile架構(gòu)。最新CME3000系列采用65nm工藝，集成最高4M的flash和128kB的SRAM以及8位的8051單片機(jī)，F(xiàn)PGA本身容量最高達(dá)6K。

　　FPGA作為一種可編程器件，軟件的支持對(duì)產(chǎn)品成功起到關(guān)鍵作用，可以說(shuō)軟件已占到產(chǎn)品研發(fā)的60%。而京微雅格配合最新CME3000系列的軟件系統(tǒng)Primace4.0功能極大增強(qiáng)、操作極大簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)了軟、硬件平臺(tái)的無(wú)縫結(jié)合。解決了軟件問(wèn)題，可以說(shuō)是京微雅格產(chǎn)品研發(fā)攻關(guān)的重大突破。由此，京微雅格自主創(chuàng)新技術(shù)平臺(tái)——— 可配置應(yīng)用(CAP)自此形成了較完善的硬件和軟件支持平臺(tái)。

　　中低端切入 高端備戰(zhàn)

　　我們的CME產(chǎn)品注重三個(gè)核心要素：一是Performance，即高性價(jià)比，二是Adaption，即可滿足不同行業(yè)應(yīng)用，在同一產(chǎn)品上可進(jìn)行遠(yuǎn)程更新、升級(jí)以適應(yīng)市場(chǎng)需求變化，降低研發(fā)成本。三是Cost，即低成本?，F(xiàn)在，京微雅格已著手55納米LP工藝CME4000產(chǎn)品系列的開(kāi)發(fā)，計(jì)劃10月開(kāi)始流片，芯片邏輯資源近12KLE，并完善了IO功能，進(jìn)一步提高了性價(jià)比。

　　在市場(chǎng)定位上，京微雅格采取的戰(zhàn)術(shù)是從中低端產(chǎn)品做起，主要面向工業(yè)控制、顯示驅(qū)動(dòng)、信息安全等領(lǐng)域，并將進(jìn)一步向汽車或消費(fèi)類電子產(chǎn)品延伸。京微雅格的優(yōu)勢(shì)在于研發(fā)、銷售、市場(chǎng)、售后全部都在中國(guó)，因此更加了解中國(guó)的市場(chǎng)特點(diǎn)和需求。而高端產(chǎn)品則主要定位在通信、廣播等領(lǐng)域，京微雅格也已經(jīng)做好了高端產(chǎn)品的技術(shù)準(zhǔn)備，何時(shí)開(kāi)發(fā)主要看客戶的需求了。目前CME1000/2000產(chǎn)品在2011年實(shí)現(xiàn)銷售129萬(wàn)元，今年一季度銷售超過(guò)50萬(wàn)元，計(jì)劃2012年銷售1257萬(wàn)元。

　　此外，京微雅格也看到目前眾多ASIC和ASSP設(shè)計(jì)廠商都會(huì)相繼轉(zhuǎn)投到用靈活性更高的可編程器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者在他們的芯片中植入可重構(gòu)可編程FPGA模塊，這一趨勢(shì)定會(huì)給PLD/FPGA市場(chǎng)注入更強(qiáng)大并源源不斷的動(dòng)力。

　　因此，京微雅格不只提供FPGA，還為相關(guān)廠商提供FPGAIP核，這是國(guó)外廠商所沒(méi)有的。

　　目前公司遇到的最大挑戰(zhàn)是如何讓國(guó)產(chǎn)FPGA盡快地進(jìn)入市場(chǎng)并得以認(rèn)可，除了我們自身修煉的內(nèi)功之外(包括硬件、軟件的研發(fā))，還需要國(guó)內(nèi)市場(chǎng)持續(xù)關(guān)注國(guó)產(chǎn)FPGA的研發(fā)進(jìn)度，帶動(dòng)整個(gè)使用國(guó)產(chǎn)FPGA的生態(tài)鏈發(fā)展。

　　六、FPGA已成融合集大成者

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　　賽靈思公司亞太區(qū)銷售與市場(chǎng)副總裁 楊飛

　　隨著工藝和技術(shù)的進(jìn)步，融合ARM、DSP、硬核IP等已成為家常，但在實(shí)現(xiàn)融合之時(shí)還要面臨一些取舍。

　　賽靈思公司在近半年動(dòng)作頻繁，28納米FPGA、ZYNQ開(kāi)發(fā)平臺(tái)、3D IC、Vivado開(kāi)發(fā)套件等等的出新，將賽靈思“創(chuàng)新是DNA”的理念發(fā)揮到了極致，引領(lǐng)著賽靈思走向“All Programmable”全新的征程。

　　3D IC是行業(yè)必然發(fā)展方向

　　3D IC是一個(gè)很熱門(mén)的課題，不只是FPGA行業(yè)，也是半導(dǎo)體行業(yè)必然的發(fā)展方向。

　　在賽靈思的創(chuàng)新中，3D IC是不容錯(cuò)過(guò)的話題。賽靈思公司亞太區(qū)銷售與市場(chǎng)副總裁楊飛表示，3D IC是一個(gè)很熱門(mén)的課題，不只是FPGA行業(yè)，也是半導(dǎo)體行業(yè)必然的發(fā)展方向?！耙?yàn)樽钪饕氖撬軌虼蚱颇柖傻氖`。假如工藝不改進(jìn)，就只能跟著摩爾定律的步伐發(fā)展，并且不容易把數(shù)字和模擬IC混合在一起。”楊飛進(jìn)一步指出，“我們今年推出了全球首款異構(gòu)3D IC，將40納米模擬電路跟28納米數(shù)字電路混合在一起，通過(guò)3D IC堆疊到同一個(gè)芯片里面去，產(chǎn)生了全球唯一的400G OTN FPGA單芯片。在系統(tǒng)級(jí)的應(yīng)用方面，就可將原來(lái)需要5片標(biāo)準(zhǔn)器件的方案變成單片F(xiàn)PGA方案?！?/p>

　　而實(shí)現(xiàn)3D IC的成功不是一般公司能做到的。楊飛表示，一方面是賽靈思每年投資4億～5億美元用于研發(fā)，投資3D IC從90納米開(kāi)始，到65納米，又到28納米量產(chǎn)，整個(gè)過(guò)程將近10年。并且，光有判斷是不夠的，還要付諸于行動(dòng)，持續(xù)投入資金和耐心做研發(fā)，而且要等這么多年才能修成正果，一般的公司撐不了。另一方面是除了有決心和行動(dòng)外，還要有技術(shù)的積累，要在相關(guān)技術(shù)、工藝、封裝等方面具有綜合實(shí)力才能成功。因?yàn)檫@不僅要解決散熱問(wèn)題，還要下決心把產(chǎn)品的架構(gòu)設(shè)計(jì)成符合3D IC產(chǎn)品架構(gòu)的需求。

　　在客戶關(guān)心的開(kāi)發(fā)難度和成本、時(shí)間方面，賽靈思也持續(xù)創(chuàng)新，今年新的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)Vivado即是佐證。楊飛表示，到了28納米節(jié)點(diǎn)，F(xiàn)PGA中就有65億個(gè)晶體管，如果用傳統(tǒng)的FPGA開(kāi)發(fā)手段，單個(gè)布線要做10多個(gè)小時(shí)，非常困難。而Vivado最主要的目的是減少開(kāi)發(fā)周期，滿足28納米節(jié)點(diǎn)及以上節(jié)點(diǎn)新工藝集成度的需求，包括IP集成等。同時(shí)，因?yàn)镕PGA帶有ARM內(nèi)核，需要提供一個(gè)有機(jī)結(jié)合硬件、軟件的并行開(kāi)發(fā)平臺(tái)，加快開(kāi)發(fā)的進(jìn)度。“通過(guò)Vivado中高階綜合的開(kāi)發(fā)手段，工程師可以在做系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，以C為開(kāi)發(fā)手段。因?yàn)闊o(wú)論是做馬達(dá)控制，還是視頻處理，往往要做一個(gè)算法，算法模型多是用C或C++建模。以前要把C模型變成邏輯，人工要花兩三個(gè)月的時(shí)間，現(xiàn)在通過(guò)使用Vivado軟件中自動(dòng)化的工具AutoESL，可將其變成RTL即硬件描述語(yǔ)言，從而大大縮短了時(shí)間，全面提升了設(shè)計(jì)生產(chǎn)力。”楊飛指出。

　　集成新模塊要看市場(chǎng)需求

　　系統(tǒng)需要集成的東西太多了，如果每個(gè)廠家都要自己做底層的IP，難度很大。

　　目前FPGA早已不再是單純的“可編輯邏輯器件”，隨著工藝和技術(shù)的進(jìn)步，融合ARM、DSP、硬核IP等已成為家常。FPGA成為融合的“集大成者”，但在實(shí)現(xiàn)融合之時(shí)還要面臨一些取舍。楊飛指出，融合最主要解決以下兩個(gè)問(wèn)題：一是提供系統(tǒng)集成性，這主要是希望把系統(tǒng)的性能和帶寬加強(qiáng)，將密度、帶寬和性能提高N倍，這是持續(xù)永恒的發(fā)展方向。并且很重要的一點(diǎn)就是還要保證低功耗，以適應(yīng)節(jié)能環(huán)保的需求。二是要有推動(dòng)產(chǎn)品迅速上市的支持機(jī)制，包括軟件工具、產(chǎn)品易用性等。因?yàn)槊總€(gè)具體應(yīng)用需求不一樣，比如醫(yī)療設(shè)備要通過(guò)一些許可資質(zhì)，需要1～3年的時(shí)間;汽車電子也涉及相關(guān)安全認(rèn)證，從開(kāi)發(fā)到上市一般需要3～5年;無(wú)線通信系統(tǒng)一般需求10個(gè)月左右;某些工業(yè)控制或者3D電視在幾個(gè)月時(shí)間內(nèi)就可完成。

　　目前FPGA的融合最引人注目的是集成ARM，將應(yīng)用領(lǐng)域拓展至廣闊的嵌入式市場(chǎng)。而傳統(tǒng)FPGA里已經(jīng)有處理器、邏輯等架構(gòu)和能力，賽靈思通過(guò)將ARM A9雙核集成到Zynq器件中，實(shí)現(xiàn)可編程平臺(tái)硬件和軟件有機(jī)的結(jié)合。楊飛對(duì)此表示，做系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以考慮把性能指標(biāo)要求比較高的部分放到ARM核中，而一些對(duì)性能指標(biāo)要求特別高的硬加速部分可放到FPGA中。ARM和FPGA有機(jī)的結(jié)合，可以使FPGA更多地進(jìn)入傳統(tǒng)處理器服務(wù)的領(lǐng)域。因?yàn)檫@些領(lǐng)域本來(lái)扁平的系統(tǒng)架構(gòu)中就需要處理器、FPGA等，而現(xiàn)在賽靈思提供一個(gè)更優(yōu)化的架構(gòu)，大大提升整個(gè)系統(tǒng)的帶寬，也幫助我們擴(kuò)大了應(yīng)用市場(chǎng)。

　　未來(lái)FPGA還會(huì)集成什么模塊?楊飛表示，典型的嵌入式系統(tǒng)中有處理器、邏輯IC、存儲(chǔ)器，還有周邊的設(shè)備，例如接口I/O、并行以及串行的接口。集成新的模塊要看有沒(méi)有足夠大的市場(chǎng)催生需求。隨著工藝的改進(jìn)，IC的成本很大程度制約在芯片的I/O多少，芯片也不一定需要定制的模塊，因?yàn)橘Y源越來(lái)越充足。

　　未來(lái)的征程還在延續(xù)，賽靈思也早已胸有成竹。楊飛表示，從工藝的角度出發(fā)，賽靈思承諾會(huì)持續(xù)創(chuàng)新以保持領(lǐng)先，不斷地進(jìn)入傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)器ASSP/ASIC所服務(wù)的領(lǐng)域，這一趨勢(shì)將不斷加快。在與客戶應(yīng)用結(jié)合方面，系統(tǒng)需要集成的東西太多了，如果每個(gè)廠家都要自己做底層的IP，難度很大。賽靈思推廣的目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺(tái)通過(guò)一些參考設(shè)計(jì)IP，大幅提高了賽靈思客戶使用FPGA的效率，降低了研發(fā)成本。賽靈思未來(lái)還將提供更有效的軟件工具以及更多的IP認(rèn)證方案。

　　七、FPGA與ARM核結(jié)合實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)

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　　賽迪顧問(wèn)消費(fèi)電子中心咨詢顧問(wèn) 馬思超

　　隨著FPGA技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，使RISC處理器與FPGA集成、兩種系統(tǒng)的融合與優(yōu)化成為新一代FPGA的發(fā)展趨勢(shì)。

　　如今，F(xiàn)PGA技術(shù)正處在高速發(fā)展時(shí)期，芯片規(guī)模越來(lái)越大，集成度越來(lái)越高，速度不斷提高，性能不斷提升，功耗也越來(lái)越低。FPGA憑借其強(qiáng)大的并行信號(hào)處理能力，在應(yīng)對(duì)控制復(fù)雜度低、數(shù)據(jù)量大的運(yùn)算時(shí)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。但是在復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)上，F(xiàn)PGA卻遠(yuǎn)沒(méi)有32位精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC)處理器靈活方便，所以在設(shè)計(jì)具有復(fù)雜算法和控制邏輯的系統(tǒng)時(shí)，往往需要RISC和FPGA結(jié)合使用。這樣，電路設(shè)計(jì)的難度也就相應(yīng)地增加。

　　RISC和FPGA結(jié)合成發(fā)展趨勢(shì)

　　RISC處理器與FPGA集成，減小了硬件電路的復(fù)雜性和體積，降低了功耗，提高了可靠性。

　　FPGA技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新使RISC處理器與FPGA集成，從而大大減小了硬件電路復(fù)雜性和體積，同時(shí)也降低了功耗，提高了系統(tǒng)可靠性，兩種系統(tǒng)的融合與優(yōu)化成為新一代FPGA的發(fā)展趨勢(shì)。

　　2010年，F(xiàn)PGA廠商Xilinx和Altera先后聯(lián)手英國(guó)ARM公司瞄準(zhǔn)下一代消費(fèi)電子、汽車及工業(yè)電子應(yīng)用領(lǐng)域，推出了各自的FPGA內(nèi)嵌ARM硬核嵌入式處理器架構(gòu)。與傳統(tǒng)嵌入式微處理器概念不同，基于ARM的FPGA單片系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部高速總線有效的提升系統(tǒng)間信號(hào)傳遞的速度與穩(wěn)定性，擺脫了PCB布線線寬對(duì)信號(hào)帶寬的限制。在降低PCB布局布線復(fù)雜程度的同時(shí)，極大程度地縮小了芯片尺寸。作為高性能、低成本協(xié)處理器的最佳選擇，F(xiàn)PGA為處理器提供了硬件加速的空間。同時(shí)，F(xiàn)PGA龐大的可編程邏輯資源與靈活的可重配置能力使系統(tǒng)級(jí)芯片可以在內(nèi)部進(jìn)行軟、硬件升級(jí)，解決了由升級(jí)系統(tǒng)功能帶來(lái)的更換外部設(shè)備帶來(lái)的成本問(wèn)題。

　　作為邁入嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的第一步，Altera和Xilinx(賽靈思)都成功地將片上系統(tǒng)硬核融入可編程邏輯。其中Xilinx僅與ARM合作，而Altera則提供更多嵌入式硬核的種類。然而兩種系統(tǒng)的組合均可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行優(yōu)化與裁剪。Altera和Xilinx在2011年提出了以ARM為核心的可擴(kuò)展式處理器平臺(tái)。其中可編程邏輯僅作為可訪問(wèn)硬件資源被集成在ARM系統(tǒng)中。較以往的ARM處理器，這種可拓展式的嵌入式平臺(tái)具有動(dòng)態(tài)配置可編程邏輯的功能，可在需要時(shí)提升處理器速度，擴(kuò)展處理器緩存容量。在FPGA與ARM系統(tǒng)接口方面，賽靈思提出的帶有可編程邏輯的ARM系統(tǒng)解決了將FPGA嵌入ARM核方案中遇到的帶寬問(wèn)題。

　　FPGA與ARM核結(jié)合實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)

　　兩種高集成度芯片的融合將對(duì)已有的基于ARM和FPGA嵌入式系統(tǒng)重新定義。

　　FPGA與ARM融合的價(jià)值不僅僅體現(xiàn)在處理器性能的提升上。

　　用于視頻監(jiān)控領(lǐng)域的基于ARM的FPGA能夠進(jìn)行高級(jí)決策與控制處理，并管理復(fù)雜的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和多個(gè)并行數(shù)據(jù)接入，同時(shí)進(jìn)行高性能低延遲的信號(hào)處理，以通過(guò)分布式/遠(yuǎn)程智能視頻系統(tǒng)對(duì)各種行為進(jìn)行監(jiān)控、分析和比較，并做出正確的行為決策。用于汽車電子領(lǐng)域的ARM嵌入式系統(tǒng)能夠方便的連接到最新傳感器技術(shù)，通過(guò)可編程邏輯的高性能并行處理能力處理多個(gè)數(shù)字信號(hào)輸入(視頻、雷達(dá)、紅外等)，并能快速將數(shù)據(jù)傳輸給ARM處理系統(tǒng)進(jìn)行分析、比較，然后做出反應(yīng)，并在汽車電子系統(tǒng)框架中進(jìn)行通信。另外，用于通信領(lǐng)域的FPGA芯片內(nèi)部集成了高頻無(wú)線收發(fā)模塊。該類型FPGA與ARM的結(jié)合將給軟件無(wú)線電提供片上系統(tǒng)的可能，使得無(wú)線電基站設(shè)計(jì)建設(shè)向低成本、低功耗和小型化發(fā)展。用于信號(hào)處理和工業(yè)控制領(lǐng)域的FPGA芯片通常不集成模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換功能。

　　然而在系統(tǒng)原型驗(yàn)證過(guò)程中，高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路板設(shè)計(jì)一直是影響信號(hào)處理算法效率的首要因素。利用ARM系統(tǒng)內(nèi)部硬件資源實(shí)現(xiàn)具有高可靠性的片內(nèi)信號(hào)離散化過(guò)程是縮短驗(yàn)證周期的有力保障。用于智能移動(dòng)終端領(lǐng)域的FPGA由于其強(qiáng)大的并行處理能力常用作協(xié)處理器，而ARM出色的圖像處理性能已經(jīng)顛覆了智能手機(jī)、平板電腦等領(lǐng)域。將這兩種高集成度的芯片融合成為單芯片片上系統(tǒng)，將對(duì)已有的基于ARM和FPGA嵌入式系統(tǒng)重新定義。由此可見(jiàn)，F(xiàn)PGA與ARM的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了各自應(yīng)用領(lǐng)域中所需功能的互補(bǔ)。

　　ARM處理器與FPGA可編程邏輯相結(jié)合，提供了巨大的串行和并行處理能力，發(fā)揮了FPGA邏輯控制對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行高速處理的優(yōu)勢(shì)以及ARM軟件編程靈活的特點(diǎn)。這不僅簡(jiǎn)化了ARM與FPGA之間的通訊，也使片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器以及與外設(shè)通訊變得相對(duì)簡(jiǎn)單;同時(shí)通過(guò)在FPGA中嵌入各種IP軟核和用戶控制邏輯/復(fù)雜算法控制邏輯以實(shí)現(xiàn)各種接口和控制任務(wù)?；贏RM的FPGA能夠?qū)壿嬞Y源進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，實(shí)現(xiàn)時(shí)間的時(shí)分復(fù)用，靈活快速地改變系統(tǒng)功能，節(jié)省邏輯資源，能夠滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求，是未來(lái)FPGA重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域之一。

　　八、高可靠領(lǐng)域FPGA大有可為

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　　航天772所FPGA部主任 陳雷

　　應(yīng)借助國(guó)家重大科技專項(xiàng)推動(dòng)國(guó)產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的方式構(gòu)建完善的國(guó)內(nèi)FPGA產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境。

　　航天772所是全球領(lǐng)先的宇航微電子整體解決方案的供應(yīng)商，同時(shí)也是專業(yè)的電子系統(tǒng)小型化解決方案的供應(yīng)商。航天772所從2002年開(kāi)始從事高可靠的FPGA設(shè)計(jì)、封裝、測(cè)試及可靠性評(píng)估工作，通過(guò)10年的發(fā)展，形成了一支專業(yè)從事高可靠應(yīng)用的FPGA及PROM研制團(tuán)隊(duì)。

　　航天772所在高可靠和高等級(jí)FPGA和PROM設(shè)計(jì)、封裝、測(cè)試及應(yīng)用等方面形成自主核心技術(shù)及系列產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)自己的“航天百變芯”。

　　高可靠領(lǐng)域應(yīng)用FPGA占市場(chǎng)15%

　　具有完善的封裝、測(cè)試和可靠性考核條件，才能在高可靠產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

　　通過(guò)對(duì)FPGA的市場(chǎng)分析，目前高可靠領(lǐng)域應(yīng)用FPGA市場(chǎng)大約在整個(gè)FPGA市場(chǎng)占據(jù)10%～15%份額，是一個(gè)非常大的市場(chǎng)，并且每年都呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。結(jié)合航天772所自身特色，針對(duì)高可靠特殊領(lǐng)域應(yīng)用FPGA產(chǎn)品研發(fā)，是我們重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。同時(shí)航天772所具有完善的封裝、測(cè)試和可靠性考核條件，所以在高可靠產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)中有著非常明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

　　目前，高可靠FPGA客戶需求的主要是陶瓷封裝形式，而FPGA由于芯片面積大、散熱高、引腳多，在陶瓷封裝技術(shù)方面帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。航天772所可以提供CPGA、CLCC、CQFP、SPGA、CBGA等多種FPGA產(chǎn)品的陶瓷封裝，基于自身的陶瓷封裝線還可以根據(jù)用戶的需求提供小型化和差異化的封裝，并且可以實(shí)現(xiàn)多芯片的封裝。

　　此外，測(cè)試是FPGA研制的重要環(huán)節(jié)。FPGA的測(cè)試不同于傳統(tǒng)的ASIC電路，每個(gè)FPGA廠家都會(huì)投入大量的人力和物力來(lái)進(jìn)行FPGA測(cè)試。

　　航天772所研制的是高可靠的FPGA芯片，所以測(cè)試是產(chǎn)品生產(chǎn)的重中之重。每個(gè)產(chǎn)品從開(kāi)始立項(xiàng)定義后，所里專門(mén)從事FPGA測(cè)試的團(tuán)隊(duì)就會(huì)開(kāi)展可測(cè)性設(shè)計(jì)?；诤教?72所高性能大型測(cè)試儀，航天772所構(gòu)建了千萬(wàn)門(mén)級(jí)SRAM型FPGA測(cè)試平臺(tái)，目前可以實(shí)現(xiàn)高可靠FPGA產(chǎn)品的量產(chǎn)測(cè)試。

　　從特殊應(yīng)用領(lǐng)域入手滿足客戶需求

　　FPGA已進(jìn)入“應(yīng)用為王”的時(shí)代，構(gòu)建不同應(yīng)用領(lǐng)域的平臺(tái)FPGA產(chǎn)品是未來(lái)的發(fā)展方向。

　　面向宇航、軍用及汽車等特殊領(lǐng)域應(yīng)用，航天772所已形成百萬(wàn)門(mén)級(jí)高可靠和高等級(jí)的FPGA系列產(chǎn)品。目前產(chǎn)品包括B4000系列、BQV系列、BQVR系列和BQVR-RH系列4大系列核心產(chǎn)品，核心產(chǎn)品規(guī)模從萬(wàn)門(mén)級(jí)到百萬(wàn)門(mén)級(jí)，電壓覆蓋了5V到2.5V，產(chǎn)品滿足以空間領(lǐng)域?yàn)榇淼亩喾N高可靠環(huán)境應(yīng)用。本著從客戶應(yīng)用方便出發(fā)，航天772所4大系列產(chǎn)品可以直接采用Xilinx公司的ISE開(kāi)發(fā)環(huán)境。

　　為保障用戶系統(tǒng)解決方案的配套，航天772所研制了BQ系列的PROM芯片，同時(shí)針對(duì)宇航領(lǐng)域開(kāi)發(fā)了刷新芯片BSV1，可以進(jìn)一步提高FPGA空間應(yīng)用的可靠性?？紤]到在惡劣環(huán)境使用下FPGA芯片對(duì)電源產(chǎn)品有著特殊要求，航天772所還針對(duì)高可靠環(huán)境開(kāi)發(fā)了面向FPGA應(yīng)用的電源芯片。此外，通過(guò)多年FPGA產(chǎn)品的研制，航天772所在FPGA的封裝、測(cè)試和可靠性方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，可以為客戶提供相應(yīng)的技術(shù)服務(wù)與支撐。

　　通過(guò)針對(duì)全球FPGA市場(chǎng)的分析及對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的分析，F(xiàn)PGA未來(lái)的發(fā)展必然是以客戶需求為牽引。目前FPGA產(chǎn)品已進(jìn)入“應(yīng)用為王”的時(shí)代，構(gòu)建不同應(yīng)用領(lǐng)域的平臺(tái)FPGA產(chǎn)品是未來(lái)的發(fā)展方向。立足微電子整體解決方案的優(yōu)勢(shì)，從特殊應(yīng)用領(lǐng)域入手滿足客戶的需求，是航天772所FPGA產(chǎn)品的定位。目前針對(duì)空間應(yīng)用的單粒子加固30萬(wàn)門(mén)宇航級(jí) SRAM型 FPGA-BQVR300RH和以FPGA為核心的軍用SOPC是今年重點(diǎn)推廣的產(chǎn)品，已經(jīng)有多家客戶訂貨及使用。

　　對(duì)于中國(guó)FPGA的發(fā)展，應(yīng)借助國(guó)家重大科技專項(xiàng)推動(dòng)國(guó)產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的方式構(gòu)建完善的國(guó)內(nèi)FPGA產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境，合適地引入資本市場(chǎng)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加強(qiáng)整機(jī)系統(tǒng)企業(yè)對(duì)國(guó)產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)的牽引作用，力爭(zhēng)以點(diǎn)帶面，尋求合適的特殊領(lǐng)域應(yīng)用環(huán)境作為國(guó)產(chǎn)FPGA的市場(chǎng)切入點(diǎn)，形成中國(guó)FPGA的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

　　九、All Programmable器件的設(shè)計(jì)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)

　　歷經(jīng)四年的開(kāi)發(fā)和一年的試用版本測(cè)試，賽靈思可編程顛覆之作 Vivado 設(shè)計(jì)套件終于震撼登場(chǎng)，并通過(guò)其早期試用計(jì)劃開(kāi)始向客戶隆重推出。新的工具套件面向未來(lái)十年 “All-Programmable”器件而精心打造， 致力于加速其設(shè)計(jì)生產(chǎn)力。

　　賽靈思市場(chǎng)營(yíng)銷與公司戰(zhàn)略高級(jí)副總裁Steve Glaser表示：“在過(guò)去的幾年中，賽靈思把??半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新推向了一個(gè)新的高度，并釋放了可編程器件全面的系統(tǒng)級(jí)能力。隨著賽靈思在獲獎(jiǎng)的Zynq?-7000 EPP(可 擴(kuò)展式處理平臺(tái))器件、革命性的3D Virtex?-7堆疊硅片互聯(lián)(SSI)的技術(shù)器件上的部署， 除了我們?cè)贔PGA技術(shù)上的不斷創(chuàng)新之外， ，我們正開(kāi)啟著一個(gè)令人興奮的新時(shí)代——一個(gè)“All Programmable”器件的時(shí)代?！?/p>

　　“All Programmable”器件，將使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)不僅能夠?yàn)樗麄兊脑O(shè)計(jì)編程定制邏輯，而且也可以基于ARM?和賽靈思處理子系統(tǒng)、算法和I / O進(jìn)行編程。總之，這是一個(gè)全面的系統(tǒng)級(jí)的器件。Steve Glaser說(shuō)“未來(lái)“All Programmable”器件要比可編程邏輯設(shè)計(jì)更多。他們將是可編程的系統(tǒng)集成，投入的芯片越來(lái)越少，而集成的系統(tǒng)功能卻越來(lái)越多?！?/p>

　　Steve Glaser還表示，在利用“All Programmable”器件創(chuàng)建系統(tǒng)的時(shí)候，設(shè)計(jì)者所面臨的是一套全新的集成和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)力的瓶頸問(wèn)題。一方面從集成的角度講，其中包括集成算法C和寄存器傳輸級(jí)(RTL)的IP;混合了DSP、嵌入式、連接和邏輯域;驗(yàn)證模塊和“系統(tǒng)”，以及設(shè)計(jì)和IP的重用等。實(shí)現(xiàn)的瓶頸包括芯片規(guī)劃和分層;多領(lǐng)域和大量的物理優(yōu)化;多元的“設(shè)計(jì)”與“時(shí)序”收斂;和后期的ECO和設(shè)計(jì)變更的連鎖效應(yīng)。

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　　十、Vivado設(shè)計(jì)套件以IP和系統(tǒng)為中心

　　打造全新設(shè)計(jì)環(huán)境

　　Vivado借鑒ISE設(shè)計(jì)套件的所有經(jīng)驗(yàn)、注意事項(xiàng)和關(guān)鍵技術(shù)，并充分利用最新EDA算法、工具和技術(shù)，打造了這個(gè)以IP和系統(tǒng)為中心的、面向未來(lái)10年All Programmable器件的全新設(shè)計(jì)環(huán)境。賽靈思早在1997年就推出了ISE設(shè)計(jì)套件。在其后15年的時(shí)間里，隨著FPGA功能的增強(qiáng)，賽靈思為ISE套件增添了許多新技術(shù)，包括多語(yǔ)言綜合與仿真、IP集成以及眾多編輯和測(cè)試實(shí)用功能，努力從各個(gè)方面改進(jìn)ISE設(shè)計(jì)套件。與ISE相比，Vivado設(shè)計(jì)套件的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：確定性的設(shè)計(jì)收斂;可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)模型架構(gòu)、芯片規(guī)劃層次化，快速綜合、多維度分析布局器、功耗優(yōu)化和分析、簡(jiǎn)化工程變更單(ECO)、流程自動(dòng)化，非流程強(qiáng)制化;IP封裝器、集成器和目錄;Vivado HLS把ELS帶入主流;VIVADO仿真器。

　　生態(tài)體系是關(guān)鍵

　　打造生態(tài)體系是賽靈思保證Vivado為客戶帶來(lái)更多價(jià)值的關(guān)鍵。賽靈思在開(kāi)發(fā)Vivado設(shè)計(jì)套件時(shí)充分利用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)來(lái)提高其易用性，支持已經(jīng)熟悉的約束條件和接口標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)擴(kuò)展第三方生態(tài)體系對(duì)IP和工具流程的支持。Vivado支持的標(biāo)準(zhǔn)包括：AMBA AXI4互聯(lián)、自由建模庫(kù)、Synopsys設(shè)計(jì)約束等。

　　賽靈思認(rèn)為，利用All Programmable器件創(chuàng)建系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者將面對(duì)的是一套全新的集成以及如何實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)力的問(wèn)題。從集成的角度看，包括集成算法C和寄存器傳輸級(jí)(RTL)的IP，混合了DSP、嵌入式、連接和邏輯域，驗(yàn)證模塊和“系統(tǒng)”以及設(shè)計(jì)和IP的重用等。實(shí)現(xiàn)的瓶頸問(wèn)題包括芯片規(guī)劃和分層、多領(lǐng)域和大量的物理優(yōu)化、多元“設(shè)計(jì)”與“時(shí)序”收斂、與后期的ECO和設(shè)計(jì)變更的連鎖效應(yīng)等。

　　Vivado解決集成與實(shí)現(xiàn)問(wèn)題

　　為解決集成瓶頸問(wèn)題，Vivado設(shè)計(jì)套件采用用于快速綜合和驗(yàn)證C算法IP的電子系統(tǒng)級(jí)(ESL)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)重用的標(biāo)準(zhǔn)算法和RTL IP封裝技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)IP封裝和各類系統(tǒng)構(gòu)建塊的系統(tǒng)集成，使模塊和系統(tǒng)驗(yàn)證的仿真速度提高3倍，同時(shí)硬件協(xié)同仿真將性能提升100倍。

　　值得指出的是，Vivado高層次綜合技術(shù)將C、C++和SystemC規(guī)范直接運(yùn)用于FPGA，無(wú)需手動(dòng)創(chuàng)建RTL，從而加速設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程。高層次綜合可采用Verilog、VHDL和SystemC語(yǔ)言編程的RTL設(shè)計(jì)文件，還能生成驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)腳本，實(shí)現(xiàn)RTL驗(yàn)證和RTL綜合工作的自動(dòng)化。就OpenCL而言，賽靈思是開(kāi)發(fā)OpenCL框架的行業(yè)成員之一。就GPU而言，OpenCL是開(kāi)啟并行基礎(chǔ)架構(gòu)的關(guān)鍵，但目前還不能直接支持FPGA。所以，高層次綜合技術(shù)是FPGA開(kāi)啟并行基礎(chǔ)架構(gòu)的關(guān)鍵。

　　為了解決實(shí)現(xiàn)瓶頸問(wèn)題，Vivado采用一個(gè)分層的芯片規(guī)劃器和分區(qū)器、一個(gè)具有行業(yè)領(lǐng)先SystemVerilog支持功能的快速邏輯綜合工具(速度可提升3～15倍)，以及一個(gè)更加快速(4倍速度)和更具確定性的布局布線引擎。該引擎能夠利用分析技巧最小化時(shí)序、走線長(zhǎng)度和布線擁塞等多個(gè)變量的成本函數(shù)。而且，這種增量式流程只需對(duì)設(shè)計(jì)的一小部分進(jìn)行重新實(shí)現(xiàn)，就可快速處理工程變更通知單(ECO)上的任何修改，同時(shí)確保性能不受影響。另外，產(chǎn)品采用最新的共享可擴(kuò)展數(shù)據(jù)模型，用戶能夠在設(shè)計(jì)流程的每個(gè)階段得到功耗、時(shí)序和面積的估計(jì)值，有助于進(jìn)行提前分析，然后采用自動(dòng)時(shí)鐘門(mén)控等集成功能予以優(yōu)化。

　　賽靈思打造的全新Vivado設(shè)計(jì)套件正是為了解決集成和實(shí)現(xiàn)的瓶頸，使用戶能夠充分利用這些All Programmable器件的系統(tǒng)集成能力。這是一個(gè)全面的系統(tǒng)級(jí)的器件。未來(lái)All Programmable器件要比可編程邏輯設(shè)計(jì)更多。它們將是可編程的系統(tǒng)集成，投入的芯片越來(lái)越少，而集成的系統(tǒng)功能卻越來(lái)越多。

　　十一、FPGA分銷需做好原廠與客戶的“紅娘”

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　　科通集團(tuán)Director 謝章立

　　科通作為Xilinx本土最重要的分銷商之一，新的技術(shù)必將為我們創(chuàng)造更多的應(yīng)用機(jī)會(huì)和更多的客戶群體。

　　FPGA的優(yōu)點(diǎn)首先在于其通用性，由于它屬于半ASIC的平臺(tái)性器件，又具有ASIC和ASSP所不能支持的靈活性和可擴(kuò)展性，而且絕大多數(shù)設(shè)計(jì)都是基于硬件描述語(yǔ)言的，所以它具有方便的升級(jí)、移植和擴(kuò)展性，這些都非常適合當(dāng)前和未來(lái)飛速發(fā)展和變化的電子產(chǎn)品;至于劣勢(shì)主要是FPGA對(duì)設(shè)計(jì)者自身能力的要求較高，這相當(dāng)于提高了設(shè)計(jì)者的門(mén)檻，還有隨著FPGA規(guī)模的越來(lái)越大，在時(shí)鐘、時(shí)序、仿真、聯(lián)合設(shè)計(jì)和驗(yàn)證方面都帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)。

　　FPGA服務(wù)需要快速響應(yīng)

　　FPGA需要更強(qiáng)的技術(shù)支持能力才能推廣應(yīng)用的產(chǎn)品，代理商要全方位給客戶提供支持。

　　由于上述特點(diǎn)，F(xiàn)PGA的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，包括節(jié)能環(huán)保、新能源、新一代信息技術(shù)、新能源汽車等對(duì)于FPGA的應(yīng)用都存在著諸多機(jī)會(huì)，這對(duì)原廠和分銷商而言，是一個(gè)很大的商機(jī)，同時(shí)也是挑戰(zhàn)。從科通公司目前的資源及客戶開(kāi)發(fā)情況上看，我們的主要客戶集中在工業(yè)、醫(yī)療、通信和消費(fèi)類電子等方面。首先科通與多家全球主要的領(lǐng)先半導(dǎo)體供應(yīng)商及軟件廠商有著緊密的合作關(guān)系，我們可以共享這些產(chǎn)品線的資源優(yōu)勢(shì)，挖掘和取得更多的機(jī)會(huì)。其次我們有一個(gè)非常有經(jīng)驗(yàn)、非常優(yōu)秀的FAE團(tuán)隊(duì)。我們知道FPGA是需要更強(qiáng)的技術(shù)支持能力才能推廣其應(yīng)用的產(chǎn)品，優(yōu)秀的FAE可以從系統(tǒng)方案、時(shí)鐘方案到板級(jí)、邏輯、時(shí)序等全方位給客戶提供支持，只有解決了客戶的后顧之憂，客戶才會(huì)放心選用，只有針對(duì)客戶遇到的問(wèn)題能夠快速反應(yīng)并快速解決，才能使客戶的產(chǎn)品盡快推向市場(chǎng)?？梢哉f(shuō)我們的成功在很大程度上取決于我們的FAE團(tuán)隊(duì)。最后，我們擁有遍布全國(guó)各大城市的成熟的銷售技術(shù)團(tuán)隊(duì)，具備快速的響應(yīng)支持能力，能為客戶提供最好的服務(wù)。鑒于新興產(chǎn)業(yè)的客戶對(duì)FPGA的理解和應(yīng)用能力相對(duì)不強(qiáng)，科通正努力培養(yǎng)一支專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，廣納FPGA方面的人才，與原廠緊密聯(lián)系，為客戶開(kāi)展更多的培訓(xùn)和研討會(huì)活動(dòng)，確?？蛻裟軌蚣皶r(shí)得到最充分的新技術(shù)支持和產(chǎn)品信息，以協(xié)助客戶進(jìn)行更深入具體的開(kāi)發(fā)。在汽車電子領(lǐng)域，我們也和新能源汽車行業(yè)的龍頭企業(yè)保持著緊密聯(lián)系，這將是一個(gè)長(zhǎng)期的開(kāi)拓過(guò)程，我們與客戶共同合作，共同成長(zhǎng)。

　　作為Xilinx的分銷商，科通不僅是原廠和客戶之間溝通的橋梁，并且還能將終端客戶的需求和信息整理分析后反饋給原廠，以推動(dòng)FPGA技術(shù)的變革更新，是這個(gè)行業(yè)鏈中不可或缺一份子。因?yàn)榉咒N商處在接觸客戶的第一線，與客戶的日常合作非常緊密，能更好地把握市場(chǎng)的脈搏和需求。所以科通會(huì)經(jīng)常與原廠保持互動(dòng)機(jī)制，把有價(jià)值的需求信息反饋給原廠并聯(lián)合原廠整合資源來(lái)推動(dòng)客戶產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。每個(gè)公司都會(huì)有自己獨(dú)有的資源優(yōu)勢(shì)，科通公司也結(jié)合了自己的優(yōu)勢(shì)資源來(lái)建立Xilinx產(chǎn)品線的生態(tài)系統(tǒng)，比如有些客戶屬于Design house類型，有些是屬于有市場(chǎng)卻沒(méi)有設(shè)計(jì)能力類型?？仆ǖ淖饔镁褪菫樗麄冏觥凹t娘”，最終取得多方共贏的局面。

　　加強(qiáng)新技術(shù)的學(xué)習(xí)能力

　　針對(duì)新技術(shù)，分銷商必須深入理解學(xué)習(xí)新技術(shù)的特性，然后再有針對(duì)性地進(jìn)行推廣。

　　Xilinx FPGA可編程邏輯解決方案縮短了電子設(shè)備制造商開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的時(shí)間并加快了產(chǎn)品面市的速度，從而減小了制造商的風(fēng)險(xiǎn)。與采用傳統(tǒng)方法如固定邏輯門(mén)陣列相比，利用Xilinx FPGA可編程器件，客戶可以更快地設(shè)計(jì)和驗(yàn)證他們的電路。而且，Xilinx FPGA器件是只需要進(jìn)行編程的標(biāo)準(zhǔn)部件，客戶不需要像采用固定邏輯芯片那樣等待樣品或者付出巨額成本。

　　科通作為Xilinx本土最主要的分銷商之一，新的技術(shù)必將為我們創(chuàng)造更多的應(yīng)用機(jī)會(huì)和更多的客戶群體。針對(duì)新的技術(shù)，分銷商應(yīng)基于新產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)發(fā)現(xiàn)更多的應(yīng)用機(jī)會(huì)和目標(biāo)市場(chǎng)，并針對(duì)目標(biāo)市場(chǎng)制定相應(yīng)的策略，進(jìn)一步提高FPGA產(chǎn)品的市場(chǎng)份額。在每一代新產(chǎn)品發(fā)布前，分銷商都會(huì)向原廠深入學(xué)習(xí)新器件的特性，研究其在各個(gè)市場(chǎng)應(yīng)用中獨(dú)有的價(jià)值，有針對(duì)性地制定相應(yīng)的策略來(lái)進(jìn)行推廣。在宏觀上，一般采取先重點(diǎn)在各個(gè)行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)中推廣，然后逐漸加大向中小企業(yè)推廣的力度。在微觀上，則要根據(jù)不同的產(chǎn)品特性，采取不同的推廣策略。

　　對(duì)于融合了功能模塊硬核的特性，如集成PCIe、memory控制器、selectIO等硬核，分銷商一般會(huì)統(tǒng)計(jì)有這方面需求的客戶，專門(mén)進(jìn)行推廣，并組織客戶進(jìn)行相關(guān)層面的技術(shù)培訓(xùn)。而且由于硬核不僅提高了性能，也大大降低了開(kāi)發(fā)難度和設(shè)計(jì)門(mén)檻，允許更多客戶嘗試使用FPGA這種新技術(shù)，所以分銷商的推廣對(duì)像不僅包括已經(jīng)使用過(guò)FPGA的客戶，也應(yīng)包括未使用過(guò)FPGA的新行業(yè)客戶。

　　對(duì)于工藝的改進(jìn)，比如Xilinx 7系列All Programmable FPGA基于先進(jìn)的28nm HPL工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了突破性功能、容量和系統(tǒng)集成。分銷商一方面推薦傳統(tǒng)客戶盡量使用新一代FPGA來(lái)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，以幫助客戶降低其產(chǎn)品的成本和功耗。另一方面也會(huì)向傳統(tǒng)ASIC和ASSP領(lǐng)域發(fā)起沖擊。因?yàn)樾鹿に噷?shí)現(xiàn)更高性價(jià)比和更低功耗，在相同性能的情況下進(jìn)一步縮小了FPGA與ASIC和ASSP的價(jià)格差距，而FPGA的可編程特性可以幫助客戶更快地推出新產(chǎn)品，這些特性必然能使FPGA獲得更廣闊的市場(chǎng)。

　　對(duì)于xilinx的zynq-7000可擴(kuò)展平臺(tái)，集成了雙核cortex-A9，提供了ARM與FPGA之間的超高帶寬數(shù)據(jù)傳輸。分銷商的推廣策略就應(yīng)從平臺(tái)化、高集成度以及高帶寬需求三方面入手，解決客戶現(xiàn)有方案的技術(shù)瓶頸，提升其產(chǎn)品性能。

　　總而言之，針對(duì)新技術(shù)分銷商必須深入理解學(xué)習(xí)新技術(shù)的特性，通過(guò)所有一線人員(各產(chǎn)品線)收集整理各行各業(yè)客戶的需求，然后再有針對(duì)性地進(jìn)行推廣，給客戶提供最優(yōu)的解決方案，同時(shí)擴(kuò)寬FPGA的市場(chǎng)份額，達(dá)到雙贏的目的。

　　十二、FPGA應(yīng)用走向低端尚需時(shí)日

　　FPGA正在逐漸替代傳統(tǒng)意義上的MCU，因?yàn)槠涓屿`活。FPGA也會(huì)更強(qiáng)烈地影響到傳統(tǒng)的MCU和ASIC產(chǎn)業(yè)。

　　FPGA容量的提高和集成度的增加，使FPGA的功能變得更加強(qiáng)大和靈活。對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，是挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。

　　對(duì)ASIC構(gòu)成威脅仍非易事

　　隨著功能的強(qiáng)大，可以適合更多的工程領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的 ARM、DSP形成了一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)的局面。很多工程師已經(jīng)在使用FPGA來(lái)替代傳統(tǒng)的ASIC應(yīng)用。例如，F(xiàn)PGA集成了DSP模塊就可以使某些在原本使用專用DSP的場(chǎng)合下，使用通用的FPGA來(lái)代替。集成了ARM之后，就可以在一個(gè)場(chǎng)合下替代原有的ARM?？梢允褂靡环N通用的器件來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的MCU所實(shí)現(xiàn)的功能。這讓很多設(shè)計(jì)在初期可先使用通用的FPGA實(shí)現(xiàn)功能驗(yàn)證;等到產(chǎn)品化的時(shí)候，再使用一些專用ASIC。

　　不過(guò)，就目前的技術(shù)發(fā)展情況來(lái)講，F(xiàn)PGA想要真正對(duì)ASIC的市場(chǎng)構(gòu)成威脅恐怕絕非易事。盡管FPGA的成本不斷下降，但相對(duì)ASIC來(lái)說(shuō)，它的封裝及總成本仍然昂貴，想要從高端市場(chǎng)走入低端應(yīng)用尚需時(shí)日。另一方面，ASIC陣營(yíng)也在不斷朝多內(nèi)核、可編程方向發(fā)展，簡(jiǎn)單緊湊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)秀的實(shí)時(shí)處理能力恐怕也不是復(fù)雜的FPGA可以馬上企及的。是否能夠?qū)SIC構(gòu)成真正挑戰(zhàn)，還要拭目以待。對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，隨著容量的增加以及IP核的增加，設(shè)計(jì)要比之前容易一些。不過(guò)，也需要設(shè)計(jì)者學(xué)習(xí)更多的設(shè)計(jì)技巧與知識(shí)。

　　FPGA會(huì)成為設(shè)計(jì)者首選

　　FPGA的需求增長(zhǎng)量非常快，幾乎在各個(gè)領(lǐng)域中都可以見(jiàn)到FPGA的影子。FPGA正在逐漸替代傳統(tǒng)意義上的MCU，因?yàn)槠涓屿`活。尤其是在高速的通信行業(yè)，F(xiàn)PGA的使用量非常之大。同時(shí)，在很多消費(fèi)類產(chǎn)品和工業(yè)產(chǎn)品上，很多產(chǎn)品也在大規(guī)模的使用FPGA來(lái)替代傳統(tǒng)的ASIC。

　　FPGA有如下優(yōu)勢(shì)：首先，F(xiàn)PGA的運(yùn)行速度非常適合在高速的場(chǎng)合下使用;其次，F(xiàn)PGA的IO資源也非常豐富，在連接多個(gè)設(shè)備和多路設(shè)備的時(shí)候有巨大的優(yōu)勢(shì)。再次，F(xiàn)PGA內(nèi)部是并行運(yùn)算的，在大數(shù)據(jù)量的處理和吞吐的時(shí)候非常方便。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)靈活，便于系統(tǒng)的更新?lián)Q代，二次開(kāi)發(fā)非常方便。

　　FPGA需要改進(jìn)的地方有兩方面：一是成本，二是性能。盡管近年來(lái)FPGA的成本已經(jīng)有了大幅度的減低，但是相比ASIC來(lái)說(shuō)成本還是偏高。如果FPGA的成本能進(jìn)一步的降低，那么FPGA市場(chǎng)將進(jìn)一步擴(kuò)大。隨著FPGA性能的增強(qiáng)，可以使FPGA具有更強(qiáng)的運(yùn)算仿真能力，這將給我們提供一種更強(qiáng)有力的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工具，讓設(shè)計(jì)變得更加輕松。

　　FPGA在未來(lái)會(huì)滲透到更多的領(lǐng)域，會(huì)越來(lái)越被人們所重視和認(rèn)可。在更多的情況下，F(xiàn)PGA會(huì)變?yōu)樵O(shè)計(jì)者的首選。此外，F(xiàn)PGA也會(huì)更強(qiáng)烈地影響到傳統(tǒng)的MCU和ASIC產(chǎn)業(yè)，這都取決于FPGA的優(yōu)點(diǎn)。

　　作為一個(gè)基于高端技術(shù)的行業(yè)，F(xiàn)PGA的發(fā)展前景顯然是非常廣闊的，業(yè)內(nèi)的專家們不拘泥于固有的平臺(tái)，新的設(shè)計(jì)思路和方法不斷涌現(xiàn)，新的應(yīng)用市場(chǎng)不斷拓展。挑戰(zhàn)意味著更大的機(jī)遇，這絕對(duì)是一個(gè)非常值得關(guān)注和期待的行業(yè)。