设计师们最有发言权,他们认为二十一世纪最具决定性的集成电路技术就是现场可编程门阵列(FPGA),而传统门阵列和结构阵列技术将退居到特殊的大批量应用。无论是用来完成关键功能还是直接作为系统核心,今天的FPGA所提供的性能、成本、功耗和容量都已经达到甚至超过此前专用IC或专用标准器件(ASSP)的水平。
可编程硬件的可配置特点不仅具备产品差异化和快速上市等传统优点,同时当批量达不到足以支持开发专用IC成本的时候还可以加快投资回报速度。在当前经济和金融形势同时恶化的情况下,先进的FPGA技术的发展已经到了一个引爆点。由于风险管理以及适应市场动态形势的能力对于企业生存变得越来越关键,对于电子系统生产商来说,硬件可编程能力已经必不可少。
产品和技术复杂性不断提高,同时开发周期却越来越短,预算也更为紧张。因此,要做到真正的灵活应变,开发团队还需要新的设计方法和工具。赛灵思公司Virtex®-6和Spartan®-6FPGA系列的推出为“目标设计平台”(targeteddesignplatforms)奠定了硬件基础,同时也是赛灵思公司致力于为设计小组提供强大开发工具和方法支持而努力的成果。新的平台将进一步加快可编程逻辑在一系列终端市场中的应用速度,这些终端市场包括汽车、消费和有线/无线通信,以及航空航天和国防领域。
更广泛的FPGA应用模式
最近由电子工程专辑(EETimes)杂志的PiperJaffray以及Kirtland空军基地FPGA任务保证中心(FPGAMissionAssuranceCenter)进行的最新研究证实了业界人士的直觉判断:门阵列、结构化ASIC和基于单元的ASIC产品应用已经进入停滞期,而在所有类别中FPGA替代这些产品的情况都很普遍。门阵列产品的趋势特别明显,65%的受调查者认为门阵列的使用将保持稳定,而12.8%的人则认为会大大减少。与此相比,72%以上的人认为FPGA的使用将大幅增加,仅有27%的人认为将会保持稳定。没有人认为FPGA的使用会减少。
过去几年时间里,赛灵思已经从全球市场发展过程中感受到了这一趋势,公司在工业、消费以及汽车等市场的营收均有大幅增长。同时,FPGA在中国和欧洲被更广泛地应用于下一代无线通信系统之中。2006年开始推出的Virtex-5FPGA系列正在成为赛灵思公司销售额最大的Virtex系列。
系统设计人员,无论是从事消费产品还是工业控制领域的应用设计,都报告说正在考虑将FPGA用于多种应用之中。这部分是由于开发和生产专用IC的成本不断飙升。现在,FPGA已经从最初主要应用于原型设计逐渐延伸到最终产品的整个生命周期。对于专用IC开发来说,其成本回收需要销售大量的器件才可接受。不然,相对较高的单件成本,FPGA器件与专用IC之间的成本差异就不是那么重要了。
随着FPGA被应用于新的基带无线和图像处理系统,使用FPGA的工程师群体也在扩大。20世纪90年代,FPGA的用户群体几乎主要由硬件设计师构成。今天,丰富的IP内核和用户友好的EDA工具使得系统集成人员、DSP开发人员,甚至嵌入式软件工程师采用FPGA进行创新变得更为容易。
赛灵思FPGA是目标设计平台的核心。其中新推出的Virtex-6和Spartan-6器件容量比前一代产品翻了一翻,系统成本可降低多达50%,功耗则可降低多达65%。然而,只有将硬件和软件及IP完美地结合起来,设计人员才能够在垂直市场上充分体现基于FPGA的系统开发所能够提供的全面价值,同时才能够集中精力开发从终端用户角度来看真正能够体现产品差异的功能。
因此,如果希望在采用FPGA架构进行设计时一次取得成功,目标设计平台就变得至关重要。新的目标设计平台开发环境包括:1)基本平台,包括FPGA器件、基本开发板和经过认证的设计环境;2)面向领域优化的平台,增加了专门用于嵌入式处理、DSP或逻辑/连接功能的软件和子卡;以及3)市场专用平台,包括针对汽车、视频和通信等专门领域的接口、IP内核和软件。
设计环境本身的改进以及“可插接IP”(“socketableIP”)策略的实施使得这些平台能够保证在实际设计应用中顺利实现从设计概念到片上系统(SoC)实现之间的整个流程。目标设计平台以及Virtex-6和Spartan-6系列FPGA在架构方面的改进还进一步支持了以处理器为中心(processor-centric)的架构,在FPGA中以SoC方式实现处理器功能。
赛灵思坚信SoC是未来硬件实现的标准方式,能够实现更高的器件集成、更高的速度、更小的封装和测试成本以及更高的系统可靠性。相应地,这也会导致最终产品总体成本更低。在单个器件中集成处理器和外围逻辑还进一步简化了板级布局,并减少了高速信号板上走线的数量。采用以处理器为中心的SoC进行设计可提高总体设计的速度,同时更为灵活的子系统可方便设计修改和升级。
在FPGA供应商中,赛灵思占有主导性的市场份额,其较高的客户满意度也保证了其市场主导地位不会被蚕蚀。在前面引述的PiperJaffray/EETimes研究中,赛灵思几乎在每个类别中用户满意度都处于领先地位,通常比最近的竞争厂商高20%甚至更多。在调查中,设计人员认为“可靠性”是选择FPGA时的最重要因素,其次依次是上市时间、供应商支持,EDA工具质量、设计失败和验证失败的(低)风险等。调查结果显示赛灵思公司在所有这些指标方面都是最高的。
在密度和性能竞赛中,赛灵思的技术发展路线保证新一代FPGA将基于40nm工艺,能够为设计人员提供工艺尺寸更小的产品和更丰富的功能IP内核。但这仅仅是整个故事的一半。赛灵思坚信未来10年FPGA将是服务于半定制(semi-custom)应用的最佳可编程平台。FPGA的角色是可编程技术势在必行的核心,而赛灵思Virtex-6和Spartan-6FPGA更是为电子系统生产商提供所需要的平台和设计方法的核心。这些产品和设计平台将可帮助电子系统生产商在更具挑战性的商业和技术环境中保持竞争优势。 |