FPGA與DSP：競合中縮小差距

        DSP和FPGA由于各有優(yōu)缺點(diǎn)，因而各有擅長的應(yīng)用領(lǐng)域。近年來，FPGA在與DSP的競合中，在降低開發(fā)難度、提高設(shè)計(jì)流程的生產(chǎn)效率方面做了大量工作，逐步縮小了與DSP的差距。

　　愛特公司高級產(chǎn)品市場推廣經(jīng)理Rajiv Nema
　　特定FPGA可超越DSP

　　DSP和FPGA之間的區(qū)別主要在于成本、工具可用性、性能和設(shè)計(jì)靈活性。它們各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，這取決于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用要求。然而，F(xiàn)PGA領(lǐng)域近期的發(fā)展?fàn)顩r顯示，DSP和FPGA之間的差距正在縮小。

　　一直以來，在通信應(yīng)用產(chǎn)品中，設(shè)計(jì)人員都是采用DSP。另外，更高集成度的器件也容許設(shè)計(jì)人員可以創(chuàng)建更精細(xì)的多功能設(shè)備。隨著在更短時間內(nèi)提供更高復(fù)雜性的壓力增加，對可編程邏輯器件的需求也在增長。今天工藝技術(shù)方面取得的進(jìn)步大幅降低了可編程邏輯器件的單元成本，提高了其在大批量市場的競爭力。半導(dǎo)體供應(yīng)商務(wù)必在FPGA更快速、更小尺寸、更低價格和更低功耗方面投放更多力量，能夠滿足所有這些要求的FPGA將成為給設(shè)計(jì)帶來重大變化的先導(dǎo)者。

　　每種產(chǎn)品類型有著自身固有的優(yōu)勢。FPGA+DSP是一種有吸引力的組合，尤其是在需要小外形尺寸的復(fù)雜控制處理和高帶寬數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用中。功耗和成本預(yù)算正在推動企業(yè)尋找替代大型DSP的解決方案，能夠同時使用兩項(xiàng)技術(shù)的解決方案業(yè)已成為別具吸引力的選擇。

　　工程技術(shù)人員認(rèn)識到采用特定FPGA可以獲得超越DSP的優(yōu)勢。例如，采用FPGA，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以在最后階段進(jìn)行修改。在上市時間日益重要的環(huán)境中，F(xiàn)PGA解決方案具有極大的優(yōu)勢。而且，對于高風(fēng)險的嚴(yán)苛環(huán)境，非易失性的可重編程FPGA能夠構(gòu)成理想的解決方案。Actel相信，許多對功耗敏感的便攜應(yīng)用對低功耗FPGA的需求正日益增長，如消費(fèi)電子、醫(yī)療以及工業(yè)市場。

　　Actel提供有DSP設(shè)計(jì)流程，可助力設(shè)計(jì)人員利用Matlab和Simulink以及其他大量的DSP模塊和Actel IP，對算法進(jìn)行更高級的集成評估。DSP設(shè)計(jì)人員可以利用這些領(lǐng)先業(yè)界的工具，通過流暢而直觀的設(shè)計(jì)流程來編譯、優(yōu)化與測試RTL和系統(tǒng)門以及硬件級設(shè)計(jì)，縮短開發(fā)時間并加快上市速度。Actel Libero集成設(shè)計(jì)環(huán)境(IDE)是完備的設(shè)計(jì)和物理實(shí)現(xiàn)軟件工具套件，可為所有水平的用戶提供從始至終的開發(fā)工具和設(shè)計(jì)流程指引。

　　在三網(wǎng)融合方面，由于通信與消費(fèi)電子應(yīng)用的融合，以及包括視頻和高端音頻在內(nèi)的高水平內(nèi)容服務(wù)的出現(xiàn)，許多嵌入式應(yīng)用對處理器性能的要求開始大幅提高。這種變化使現(xiàn)有的32位微控制器需求量增加，也使系統(tǒng)級集成應(yīng)用中32位處理器的用量大增。在FPGA中加入集成式處理器，便可助力設(shè)計(jì)人員靈活實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)要求，并將所有功能集成在一個元件中。為了取得成功，許多SoC將會轉(zhuǎn)向混合信號平臺。

　　Altera亞太區(qū)產(chǎn)品市場經(jīng)理王冬剛
　　取經(jīng)DSP 提高FPGA設(shè)計(jì)工具效率

　　在通信基礎(chǔ)領(lǐng)域，F(xiàn)PGA和DSP會共存，它們相得益彰。

　　目前DSP開發(fā)更被工程師接受，這是DSP和FPGA開發(fā)流程的不同所帶來的問題，需要時間來解決。工程師剛開始接觸電子工程時，幾乎都先學(xué)習(xí)C語言，因此介入傳統(tǒng)DSP開發(fā)更容易些。而在FPGA中開發(fā)DSP要用HDL語言。針對這個狀況，Altera做了一個改善，就是提供一個工具，叫做DSP Builder，Matlab建模之后采用DSP Builder可把Simulink中的模型轉(zhuǎn)成DSP Builder中的HDL語言。最新的DSP Builder增加了Advanced Blockset功能，能夠快速高效構(gòu)建多通道濾波器。只要工程師把時序和通道參數(shù)設(shè)置完，就可以實(shí)現(xiàn)多個通道的例化，從而完成一個設(shè)計(jì)，且無需過多手動操作，F(xiàn)PGA資源占用相對較少。在C語言方面，Altera目前提供一個名為C2H的工具，這是一個把C語言轉(zhuǎn)化成HDL語言的高級ESL工具，也可以做為DSP開發(fā)的工具。

　　對于通信基礎(chǔ)設(shè)施采用的芯片，Altera的FPGA+Hardcopy產(chǎn)品滿足了通信基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備先期標(biāo)準(zhǔn)多變、后期低成本的要求。

　　FPGA相對于SoC來講，最大的優(yōu)勢還是靈活。因?yàn)樗梢愿鶕?jù)客戶的要求去定制和改變，特別是對于通信市場而言。例如在4G中，沃達(dá)豐要求設(shè)備向小型化、共平臺化方向發(fā)展。針對運(yùn)營商的這些要求，F(xiàn)PGA就顯得相當(dāng)靈活，它可以根據(jù)不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)去動態(tài)地進(jìn)行調(diào)整，把硬件能夠相對確定地固化下來，如果以后有變化，還可以調(diào)整。但對于SoC來說，它的靈活性不夠，這是它的一個弊端。它不能適應(yīng)變化的需求，一旦完成設(shè)計(jì)，運(yùn)營商提出新的要求，還需要做新一版本的產(chǎn)品。

　　三網(wǎng)融合對FPGA和專用芯片來說是新機(jī)會，DSP機(jī)會可能不大。

　　賽靈思公司亞太區(qū)市場及應(yīng)用總監(jiān)張宇清
　　復(fù)雜運(yùn)算FPGA占優(yōu)

　　適于在一種器件上實(shí)施的算法在另一種器件上未必有效。如果目標(biāo)應(yīng)用需要大量并行處理或最大的多通道吞吐能力，完全基于DSP的硬件系統(tǒng)可能需要更大的芯片面積、更高的成本和更高的功耗。FPGA協(xié)處理器可以在單片器件上提供多達(dá)640個并行乘法和加法操作，對于很多應(yīng)用來說，只需要更少的器件和更低的功率即可提供同樣的性能。盡管FPGA非常擅長并行處理大量數(shù)據(jù)，但在處理周期系數(shù)更新、決策控制任務(wù)或高速串行算術(shù)運(yùn)算方面并沒有針對處理器而優(yōu)化。因此，F(xiàn)PGA和DSP處理器相結(jié)合能夠?yàn)榉秶鷱V泛的應(yīng)用提供成功的解決方案。

　　相對于FPGA，DSP的優(yōu)勢在于成本和功耗，但對于復(fù)雜的運(yùn)算，F(xiàn)PGA的能力強(qiáng)于DSP。根據(jù)第三方網(wǎng)站bdti.com今年1月所做的評測顯示，如果僅就運(yùn)算能力而言，F(xiàn)PGA的性能比DSP高出3倍～4倍。當(dāng)DSP運(yùn)算能力不足的時候，可以用FPGA做協(xié)處理器，充分利用其并行處理能力，提高系統(tǒng)的運(yùn)算能力。此外，F(xiàn)PGA具有豐富的接口，即便是應(yīng)用DSP的方案，有一些系統(tǒng)廠商也會用FPGA去實(shí)現(xiàn)接口功能。

　　通信設(shè)備中越來越多地在使用FPGA。最重要的原因是通信設(shè)備本身會根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備商、運(yùn)營商的要求，不斷發(fā)生一些變化。特別是在中國市場，我們發(fā)現(xiàn)中國市場對一些功能包括技術(shù)的變化等方面的調(diào)整速度甚至比國外市場還要快。

　　FPGA讓硬件實(shí)現(xiàn)了軟件化，根據(jù)市場、運(yùn)營商和設(shè)備商的需求變化，器件功能可以很快來適應(yīng)調(diào)整。而這部分工作并不由FPGA企業(yè)來完成，而是由他們的客戶來實(shí)現(xiàn)。依靠賽靈思提供的開發(fā)工具，可以實(shí)現(xiàn)功能性的調(diào)整。如果運(yùn)營商有進(jìn)一步的需求，他們也能很快地響應(yīng)，并立即提交符合需求的產(chǎn)品。

　　DPD(數(shù)字預(yù)失真)對無線通信設(shè)備廠商而言是非常有價值的技術(shù)。業(yè)內(nèi)頂尖的廠商有自己的DPD算法，這些廠家用DPD技術(shù)去凸顯自己的技術(shù)優(yōu)勢，使DPD技術(shù)成為爭奪市場的殺手锏，某種意義上可以說是這些企業(yè)的最高機(jī)密。相對于DSP來講，由于FPGA只是提供一個平臺，系統(tǒng)廠商基于FPGA平臺開發(fā)自己的IP，這樣更有利于知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，因此，設(shè)備廠商更傾向于利用FPGA做DPD。 

　　針對DPD應(yīng)用，一些DSP廠商會對其產(chǎn)品進(jìn)行改良，在傳統(tǒng)DSP中加入針對無線算法的硬模塊。這會帶來與FPGA的競爭，但目前應(yīng)用還比較少。