FPGA與DSP：競(jìng)合中縮小差距

        DSP和FPGA由于各有優(yōu)缺點(diǎn)，因而各有擅長(zhǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。近年來(lái)，FPGA在與DSP的競(jìng)合中，在降低開(kāi)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(ài)特公司高級(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)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(lái)，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(shí)間內(nèi)提供更高復(fù)雜性的壓力增加，對(duì)可編程邏輯器件的需求也在增長(zhǎng)。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(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。半導(dǎo)體供應(yīng)商務(wù)必在FPGA更快速、更小尺寸、更低價(jià)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(lái)重大變化的先導(dǎo)者。

　　每種產(chǎn)品類(lèi)型有著自身固有的優(yōu)勢(shì)。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(dòng)企業(yè)尋找替代大型DSP的解決方案，能夠同時(shí)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(shí)到采用特定FPGA可以獲得超越DSP的優(yōu)勢(shì)。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(shí)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(shì)。而且，對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)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(duì)功耗敏感的便攜應(yīng)用對(duì)低功耗FPGA的需求正日益增長(zhǎng)，如消費(fèi)電子、醫(yī)療以及工業(yè)市場(chǎng)。

　　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(duì)算法進(jìn)行更高級(jí)的集成評(píng)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(guò)流暢而直觀的設(shè)計(jì)流程來(lái)編譯、優(yōu)化與測(cè)試RTL和系統(tǒng)門(mén)以及硬件級(jí)設(shè)計(jì)，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)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(kāi)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(duì)處理器性能的要求開(kāi)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(jí)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(gè)元件中。為了取得成功，許多SoC將會(huì)轉(zhuǎn)向混合信號(hào)平臺(tái)。

　　Altera亞太區(qū)產(chǎn)品市場(chǎng)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(huì)共存，它們相得益彰。

　　目前DSP開(kāi)發(fā)更被工程師接受，這是DSP和FPGA開(kāi)發(fā)流程的不同所帶來(lái)的問(wèn)題，需要時(shí)間來(lái)解決。工程師剛開(kāi)始接觸電子工程時(shí)，幾乎都先學(xué)習(xí)C語(yǔ)言，因此介入傳統(tǒng)DSP開(kāi)發(fā)更容易些。而在FPGA中開(kāi)發(fā)DSP要用HDL語(yǔ)言。針對(duì)這個(gè)狀況，Altera做了一個(gè)改善，就是提供一個(gè)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(yǔ)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(shí)序和通道參數(shù)設(shè)置完，就可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)通道的例化，從而完成一個(gè)設(shè)計(jì)，且無(wú)需過(guò)多手動(dòng)操作，F(xiàn)PGA資源占用相對(duì)較少。在C語(yǔ)言方面，Altera目前提供一個(gè)名為C2H的工具，這是一個(gè)把C語(yǔ)言轉(zhuǎn)化成HDL語(yǔ)言的高級(jí)ESL工具，也可以做為DSP開(kāi)發(fā)的工具。

　　對(duì)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(duì)于SoC來(lái)講，最大的優(yōu)勢(shì)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(duì)于通信市場(chǎng)而言。例如在4G中，沃達(dá)豐要求設(shè)備向小型化、共平臺(tái)化方向發(fā)展。針對(duì)運(yùn)營(yíng)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(dòng)態(tài)地進(jìn)行調(diào)整，把硬件能夠相對(duì)確定地固化下來(lái)，如果以后有變化，還可以調(diào)整。但對(duì)于SoC來(lái)說(shuō)，它的靈活性不夠，這是它的一個(gè)弊端。它不能適應(yīng)變化的需求，一旦完成設(shè)計(jì)，運(yùn)營(yíng)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(duì)FPGA和專用芯片來(lái)說(shuō)是新機(jī)會(huì)，DSP機(jī)會(huì)可能不大。

　　賽靈思公司亞太區(qū)市場(chǎng)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(gè)并行乘法和加法操作，對(duì)于很多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，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(zhǎng)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(méi)有針對(duì)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(duì)于FPGA，DSP的優(yōu)勢(shì)在于成本和功耗，但對(duì)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(píng)測(cè)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(shí)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(huì)用FPGA去實(shí)現(xiàn)接口功能。

　　通信設(shè)備中越來(lái)越多地在使用FPGA。最重要的原因是通信設(shè)備本身會(huì)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備商、運(yùn)營(yíng)商的要求，不斷發(fā)生一些變化。特別是在中國(guó)市場(chǎng)，我們發(fā)現(xiàn)中國(guó)市場(chǎng)對(duì)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(guó)外市場(chǎng)還要快。

　　FPGA讓硬件實(shí)現(xiàn)了軟件化，根據(jù)市場(chǎng)、運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商的需求變化，器件功能可以很快來(lái)適應(yīng)調(diào)整。而這部分工作并不由FPGA企業(yè)來(lái)完成，而是由他們的客戶來(lái)實(shí)現(xiàn)。依靠賽靈思提供的開(kāi)發(fā)工具，可以實(shí)現(xiàn)功能性的調(diào)整。如果運(yùn)營(yíng)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(duì)無(wú)線通信設(shè)備廠商而言是非常有價(jià)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(shì)，使DPD技術(shù)成為爭(zhēng)奪市場(chǎng)的殺手锏，某種意義上可以說(shuō)是這些企業(yè)的最高機(jī)密。相對(duì)于DSP來(lái)講，由于FPGA只是提供一個(gè)平臺(tái)，系統(tǒng)廠商基于FPGA平臺(tái)開(kāi)發(fā)自己的IP，這樣更有利于知識(shí)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(duì)DPD應(yīng)用，一些DSP廠商會(huì)對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行改良，在傳統(tǒng)DSP中加入針對(duì)無(wú)線算法的硬模塊。這會(huì)帶來(lái)與FPGA的競(jìng)爭(zhēng)，但目前應(yīng)用還比較少。