FPGA性能超越DSP數(shù)十倍

多年以來，在ASSP、ASIC、DSP、FPGA等芯片的選擇問題上，高端通信系統(tǒng)設計師總面臨諸多棘手而復雜的難題。
　　雖然這些芯片技術在價格與性能方面各有優(yōu)劣，但是FPGA供應商一直宣稱：與復雜且昂貴的ASIC相比，它們提供的產(chǎn)品在多個方面都更勝一籌，例如具有更快的產(chǎn)品上市速度，以及更多的設計靈活性。然而截至目前，在與DSP的競爭中，人們卻普遍認為，F(xiàn)PGA在性價比方面的表現(xiàn)遠不如DSP。
　　不過，技術咨詢公司Berkeley Design Technology（BDTI）一項最新但是具有爭議性的基準測試研究結果顯示，在多個意義重大的DSP應用中，F(xiàn)PGA的性價比優(yōu)勢可能超越了獨立DSP。
　　“特別地，在諸如高端通信基礎設施等包含大量并行運算、且對性能要求極高的應用中，F(xiàn)PGA較獨立DSP更合適?！盉DTI創(chuàng)始人兼總裁Jeff Bier表示，“FPGA將在DSP應用中扮演越來越重要的角色?！?br /> 　　這份報告既詳細又措辭微妙，它指出，F(xiàn)PGA不會在一夜之間徹底顛覆現(xiàn)有格局。Bier極力強調，對許多高端電信應用及其它應用來說，F(xiàn)PGA仍將與系統(tǒng)內已有的器件共存，這些器件包括ASSP、ASIC、DSP、通用處理器等。但根據(jù)BDTI的研究，仍有跡象表明，傳統(tǒng)上與高成本聯(lián)系在一起的FPGA，實際上在某些設計應用中比DSP方案還便宜。
　　這項名為“FPGA與DSP”的研究，包括以BDTI專有的正交頻分復用（OFDM）基準技術為基礎，在以電信應用為導向的高端任務中，選擇DSP和FPGA，對其相關性能與效率進行測試。該OFDM基準被用來描述在數(shù)字用戶線（DSL）系統(tǒng)、有線調制解調器和無線產(chǎn)品中出現(xiàn)的信號處理類型。
　　“當你處在類似多信道OFDM接收機這樣一個對性能要求苛刻的環(huán)境中時，換成FPGA能得到很好的結果?！盉ier表示。
　　在各種具有“經(jīng)濟效益”的中端器件間進行測試（或競賽），結果顯示FPGA的性能明顯超出DSP——至少是基于這項基準的情況下。另外，BDTI的報告還顯示，賽靈思公司的中端Virtex-4 SX25系列FPGA，性能也超過了Altera的Stratix II 2S15系列FPGA，以及TI的TMS320C6410 DSP和飛思卡爾的MSC8144 DSP。
　　基準測試結果對具體芯片能支持的信道數(shù)以及相應的每信道成本進行了比較。
　　BDTI基準測試中，F(xiàn)PGA性能勝出競爭對手DSP。
　　Bier指出，高性能DSP的售價一般在30-200美元之間，在基準測試中的DSP能處理大約4條信道。對應于最高價格200美元，它相當于50美元/信道。而研究中采用的成本高達200美元的高端FPGA，能實現(xiàn)20-40條基準接收器信道（一些固定的乘法器被內置于FPGA架構內，而且一些附加的乘法器還可以被設計進FPGA邏輯結構）。這相當于FPGA的每信道成本可低至6美元，Bier強調。
　　設計師因而能以較低的時鐘頻率（在FPGA上約為250MHz）實現(xiàn)更多的乘法器?！皬亩笷PGA的每秒鐘吞吐量比DSP高一個數(shù)量級?！彼硎尽?br /> 　　測試結果指出，賽靈思器件的相對等級為34，Altera為17，而TI則為1。飛思卡爾的器件也參與了評估，但是沒有給出相對等級。
　　結果出人意料？
　　換句話說，按BDTI的基準，賽靈思FPGA的成本效益是TI DSP的34倍，這樣的結果使眾多分析人士大跌眼鏡?！疤钊苏痼@了！”分析師Satya Chillara表示，“站在頻率角度上，我之前從不認為FPGA會超越DSP?！盋hillara是美國投資銀行Pacific Growth Equities公司的分析師，負責跟蹤研究Altera、TI、賽靈思和其它芯片廠商。
　　飛思卡爾和Altera拒絕對該報告發(fā)表任何評論，F(xiàn)PGA巨頭賽靈思則歡呼勝利?！爱攲Σ煌現(xiàn)PGA公司的競爭平臺進行對比時，性能測試結果能夠說明一切。”賽靈思處理方案部的副總裁兼總經(jīng)理Omid Tahernia表示。
　　Tahernia也指出，在高端系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA和DSP仍存在一定程度的互補性?！罢嬲母偁幦栽贔PGA和ASIC之間?！彼a充道。
　　“我們正在從ASIC市場奪取份額嗎？是的，沒錯?！盩ahernia說。
　　TI的DSP產(chǎn)品全球營銷經(jīng)理Leon Adams同意賽靈思的判斷，但是他表示，考慮到BDTI基準測試研究范圍的局限性，因此他對測試結果并不感到吃驚。“OFDM本質上是高度并行的，”Adams指出，“所以，同樣在本質上高度并行的FPGA在基準測試中拔得頭籌并不足為奇?！?br /> 　　“在高端通信設備中，你仍將看到人們采用DSP，并輔以ASIC和FPGA;”他指出，“而在市場終端，你將看到許多專用DSP，而FPGA則要少得多?！?br /> 　　理性看待問題的另一面
　　但顯然，不同技術之間仍存在各種折衷，這也使得一些人相信，在可預見的未來，設計人員將繼續(xù)面對芯片選型所帶來的挑戰(zhàn)。例如，固定功能的ASIC和ASSP，一般能得到高于FPGA的吞吐量和性價比，但這些優(yōu)勢卻是以其它方面的重大損失為代價的。”BDTI報告指出。
　　FPGA的關鍵優(yōu)勢，就在于其靈活性，以及開發(fā)者能夠根據(jù)特定應用對其進行配置?！霸谀軓牟⑿刑幚慝@益的應用中，高性能FPGA每個時鐘周期能完成更多工作。”BDTI報告顯示。
　　但是，盡管FPGA具備靈活優(yōu)勢，許多DSP工程師卻并不熟悉面向DSP的FPGA，他們傾向于選擇更傳統(tǒng)的技術方案?！痹搱蟾嬷赋觥；蛟S，一個更大的難題，是在器件性能和應用開發(fā)之間做權衡。
　　“FPGA更難以使用，因為它有一套不同的設計和技巧?！盉ier解釋道，“在FPGA上創(chuàng)建一個優(yōu)化應用是個費時的過程?！?br /> 　　為了提升FPGA的吸引力以及易用性，F(xiàn)PGA廠商最近將精力投入在開發(fā)幾項關鍵技術上，即：高層工具、模塊庫和以處理器為中心的設計。的確，尤其是FPGA工具正在取得長足進展。“這意味著，在今后幾年，當前橫亙在FPGA和DSP之間（且明顯有利于DSP）的易用性差異將逐漸縮小?！痹搱蟾孀詈罂偨Y道。
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