Xilinx：FPGA向標準化虛擬SoC平臺演進

“ 未來的FPGA，將會采用創(chuàng)新的迭堆式封裝（SIP），即在一個封裝里放多個裸片的技術(shù)，到那時，FPGA將成為一個標準的、虛擬的SoC平臺來應用?！?/FONT>

半導體行業(yè)最讓人稱道的是，能把沙子做成比金子還要貴的產(chǎn)品，并且這個故事一直延續(xù)到今天。這也激發(fā)了人們的創(chuàng)新意識，并不斷展示創(chuàng)新性思維將創(chuàng)新技術(shù)和融合技術(shù)給人們帶來的奇跡。

FPGA向平臺化方向發(fā)展

一年前，EDN China記者曾采訪過Xilinx公司副總裁兼首席技術(shù)官Ivo Bolsens，當時Ivo Bolsens就表示過，目前的FPGA廠商只充當技術(shù)跟隨者的角色已不能滿足客戶的要求，而是要根據(jù)市場發(fā)展的需求，不僅在器件生產(chǎn)技術(shù)和設計架構(gòu)方面不斷創(chuàng)新，還要在FPGA器件的擴展性、規(guī)模、速度、成本以及低功耗等方面都要得到進一步的提升，甚至于要超越摩爾定律的發(fā)展，這也意味著FPGA供應商的角色發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變。

前不久，當記者再次采訪Ivo Bolsens時，他指出，未來的FPGA，將會采用創(chuàng)新的迭堆式封裝（SIP），即在一個封裝里面放多個裸片的技術(shù)。例如，將存儲器、模擬混合信號電路、通用接口、傳感器、以及高壓I/O等技術(shù)集成在一起，以替代帶有硬化IP的單個大型裸片。Ivo Bolsens透露，目前，Xilinx正在和幾家廠商一起開發(fā)虛擬SoC平臺。到那時，F(xiàn)PGA就不再僅僅是一個器件，它將成為一個標準的、虛擬的SoC的平臺來應用。

Ivo Bolsens分析道，和1999年初期相比，F(xiàn)PGA的成本降低了500倍，邏輯容量提高了200倍，功耗降低了50倍，而速度加快了40倍。預計到2010年，F(xiàn)PGA在價格上還會繼續(xù)降低5倍，容量會增大5倍，功耗會再降5倍，速度還會再增加5倍。從這個趨勢可以看到，將來FPGA的價值會越來越高。到2010年，F(xiàn)PGA的工藝技術(shù)將從65nm發(fā)展到45nm、32nm，F(xiàn)PGA 解決方案的總體成本會低于 ASIC的總體成本，F(xiàn)PGA最高密度將達到100萬邏輯單元，分等級的存儲模塊將達10 M Bytes on-chip，性能接近1 GHz，I/O 帶寬達到 terabit 級別，DSP性能實現(xiàn) 1,000 GMAC/s，嵌入式處理器性也能達到3,500 DMIPS。FPGA除了可編程邏輯以外，它還將集成更多的IP硬核。例如，最新的PCIe和高速以太網(wǎng)總線、高速串行收發(fā)器以及成百個的DSP的模塊等等。

Ivo Bolsens表示，F(xiàn)PGA技術(shù)發(fā)展趨勢，也將會給整個半導體行業(yè)帶來新的商業(yè)模式。他舉例說，在FPGA中實現(xiàn)一個32位的微處理器，性能可達到每秒百萬條指令，目前的價格只需要0.4美元。從價格上來說，目前 10萬門的FPGA價格也就是2美元左右。預計到2010年，50萬門的FPGA價格會在2美元左右。繼續(xù)下去，今后100萬門的FPGA價格也會降至2美元。這樣，客戶就可用FPGA來實現(xiàn)SoC，不用再擔心由于價格問題給設計帶來的挑戰(zhàn)?！八麄兛砂阎饕Ψ旁诩軜?gòu)設計、系統(tǒng)軟件設計以及系統(tǒng)驗證和差異化等核心競爭力方面，這才是我們客戶的價值所在，從而給半導體行業(yè)帶來一個新的演進。”

FPGA與處理器的對等關系

今年，F(xiàn)PGA與DSP之爭炒得沸沸揚揚，F(xiàn)PGA開始行使DSP的“職能”卻是不爭的事實。在這期間，大多數(shù)人還只是認為FPGA擔當?shù)母嗟氖菂f(xié)處理器的角色。

此次采訪，Ivo Bolsens亮出他的觀點， FPGA與處理器是對等關系。他指出，三網(wǎng)合一后，對計算的能力和復雜度要求越來越高。最開始第一階段是把一個處理器和FPGA用PCI連到一起滿足計算處理能力的要求。FPGA可以直接和主處理器連接，而不需要通過南北橋、總線來進行連接，而且FPGA在連接的時候還同時能夠訪問它的內(nèi)存；第二個階段是FPGA作為協(xié)處理器形式出現(xiàn)；最新的第三個階段FPGA就以一個對等處理的角色出現(xiàn)，也就是說FPGA可以放到CPU的插槽上面，多核處理器可仿真老處理器，這是FPGA最新的一個應用。為什么把它叫做對等處理呢？就是說FPGA在多核系統(tǒng)里面，完全是和微處理器是一個平等的角色工作的。過去在老系統(tǒng)里面FPGA總是以從屬的方式為主系統(tǒng)服務的，而目前FPGA地位已經(jīng)上升成為平等、合作的伙伴關系。這種對等結(jié)構(gòu)是非常新的，同時也有很多技術(shù)挑戰(zhàn)，所以我們需和產(chǎn)業(yè)鏈的合作伙伴一起將這件事變得容易些，使對等處理變得更易于使用，這期間有一個非常重要的因素就是要有一個非常好的軟件，用這個軟件可以直接進行優(yōu)化，實現(xiàn)目的。

FPGA的機遇

融合視頻，音頻，數(shù)據(jù)三重播放（Triple Play）業(yè)務，是未來FPGA發(fā)展的最好機遇。Ivo Bolsens說，對三重播放業(yè)務的部署是目前全球廣播和電信行業(yè)的一個發(fā)展趨勢，并將成為未來5年~10年驅(qū)動創(chuàng)新的主要動力， FPGA領域也是如此。實現(xiàn)三重播放的技術(shù)推動力主要來自于三個方面：第一個是數(shù)字信號處理，即對數(shù)據(jù)進行處理 ；第二是包處理，也就是對數(shù)據(jù)進行傳輸；最后是高速運算，就是對數(shù)據(jù)進行分析。這三個技術(shù)使得三重播放有可能變成現(xiàn)實。在實現(xiàn)三重播放業(yè)務中FPGA擔任一個非常重要的角色。例如，對三重播放基礎設施的支持產(chǎn)品主要是Xilinx高端器件Virtex系列產(chǎn)品，對于終端用戶支持的主要是公司低成本和低功耗的Spartan產(chǎn)品。
Ivo Bolsens認為，設計支持三重播放業(yè)務的產(chǎn)品，從運營商到最終用戶都非常具有挑戰(zhàn)性，因為這些產(chǎn)品必須具備高性能、大容量、低功耗、低成本、上市時間短和市場生命周期長等特性，并且要能夠靈活適應不斷演進的標準和協(xié)議。這些挑戰(zhàn)從而也使得PLD/FPGA 成為比ASIC 和ASSP更有優(yōu)勢的選擇。

Ivo Bolsens期待，當新技術(shù)不斷推出時，在每一個電子產(chǎn)品中都會有FPGA的身影。

Xilinx的發(fā)展戰(zhàn)略

針對未來FPGA的發(fā)展，Ivo Bolsens強調(diào)，公司的發(fā)展戰(zhàn)略主要從三個方面演進。一是從技術(shù)層面上，把越來越多的硬核集中到FPGA里面去，讓軟/硬件可編程能融合在一起，讓人們用FPGA的感覺就像使用軟件一樣；第二是產(chǎn)品方面，致力于降低成本和提高性能。目前，Xilinx要比競爭對手提前2年~3年研發(fā)產(chǎn)品，這樣就會有降低3倍~4倍的成本優(yōu)勢優(yōu)先于對方。另外，針對便攜式的低功耗的應用，Xilinx目前主要還是以CPLD這個產(chǎn)品線服務于低功耗和大批量的便攜式應用市場。今后，在這個領域，Xilinx也會把FPGA引用到手持和電池供電的市場上去；第三個方面是在標準的產(chǎn)品上面加入更多的功能，向通用產(chǎn)品演進。在這方面，Xilinx推出了交鑰匙的解決方案（例如視頻、無線和流量管理）。在交鑰匙方案的基礎之上再根據(jù)市場要求，做一些市場定制的平臺，比如對汽車電子方面的專用平臺。Xilinx希望公司的產(chǎn)品線從商業(yè)化器件到非常專用的垂直市場，都能提供不同類別的解決方案。