FPGA邁向通用平臺之路？

近來對于電子行業(yè)的評論不再像幾年前那么樂觀了，通信領域和消費電子領域這兩大驅動力市場的表現(xiàn)不盡如意，市場份額龐大但卻競爭慘烈，利潤走低。“展望整個半導體市場，惟有FPGA是黑暗中的亮點?！贝嗽捳f得有些夸張，半導體市場的黑暗期遠不是如此，現(xiàn)在的情形充其量只是低迷。不過這句話確也有些道理，因為這兩年以來，我們可以明顯地看到，FPGA一直穩(wěn)步地遵循著摩爾定律，價格和功耗在不斷降低的同時性能卻越來越高。
FPGA擁有靈活的可編程特性和強大的并行處理能力，但是相應地，體積龐大價格昂貴也是其軟肋。不過現(xiàn)在我們再仔細看看Xilinx、Altera等FPGA廠商的產品線以及他們的客戶列表，我們不難發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)PGA已經由原來的電信等領域開始逐漸向HDTV、消費電子（高端）、醫(yī)療電子……更廣泛的領域滲透了。這是不是說哪里都可以找到FPGA的蹤影了？在記者與這些FPGA廠商接觸當中，他們的人肯定了記者的這種感覺。FPGA今后的發(fā)展方向即是向著無處不在的目標進行的。

FPGA會成為通用型器件嗎？
FPGA的任務只是打造標準化的平臺

自1990年以來，F(xiàn)PGA的邏輯容量已經增長了近200倍，同時功耗和成本分別降低了50和500倍。另外，除了集成更多的可編程邏輯單元之外，F(xiàn)PGA更是集成了越來越多的硬核IP，包括高速以太網(wǎng)模塊、串行收發(fā)器、DSP、嵌入式處理器……FPGA正在朝著SoC的方向發(fā)展。有趣的是，傳統(tǒng)DSP和MCU亦是朝著這個方向在邁進，三者終于開始接壤。筆者這么說并不是說三種產品今后將是你死我活的競爭態(tài)勢，從某種意義上來講三者應該是相互配合甚至融合，而他們的最終發(fā)展趨勢則就是SoC。

這種片上高度集成只是一個前兆，也可以說為了發(fā)展SoC而作的技術積累。Xilinx公司全球副總裁兼首席技術官IvoBolsens表示，“利用系統(tǒng)級封裝技術（SiP）實現(xiàn)‘虛擬SoC’將是未來一種革命性的發(fā)展趨勢?！彼^虛擬SoC即是指，在同一個封裝上面集成傳感器、處理器、存儲器、通用I/O、高壓I/O等器件，以替代帶有固化IP的大芯片。不同于單一芯片架構，該架構是采用多個裸片，每種器件都可以使用最適合自己的工藝，以降低成本、功耗和體積。而FPGA平臺則可能就會成為一個標準的、虛擬的SoC平臺來應用。
也許有一天，F(xiàn)PGA會變得像PCB一樣，工程師可以自由地進行布線并實現(xiàn)一個嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，而過去所常用的單片機以及標準的數(shù)字邏輯單元則可以用IP來替代。“FPGA正在進入一個應用更加廣泛的時期，特別是消費電子領域。對于Xilinx來講，主要的挑戰(zhàn)來自于各式各樣的FPGA創(chuàng)新應用實在太多了，很多客戶提出的創(chuàng)意甚至連我們自己都未曾想到。因此，我們所要做的事情就是構建一個強大的生態(tài)系統(tǒng)和一個功能強大且易于使用的平臺?！盜voBolsens如此表示

基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)EDA平臺

如果真如上文所說的，F(xiàn)PGA終有一天發(fā)展成像PCB一樣了，那么沒有相應的EDA工具，我們很難想象這樣的嵌入式系統(tǒng)如何來實現(xiàn)。在與FPGA廠商的多次接觸當中，他們無不強調一點，那就是FPGA廠商對于開發(fā)工具的投入往往是巨大的。比如Xilinx在這方面的投入已經累計高達20億美金。而FPGA要想發(fā)展為一個通用型平臺的話，豐富的工具支持將是必不可少的必要條件之一。

●Xilinx推出業(yè)界應用最廣泛設計套件ISE9.1i：
新版本專門為滿足業(yè)界當前面臨的主要設計挑戰(zhàn)而優(yōu)化，這些挑戰(zhàn)包括時序收斂、設計人員生產力和設計功耗。除了運行速度提高2.5倍以外，ISE9.1i還新采用了SmartCompile技術，因而可在確保設計中未變更部分實施結果的同時，將硬件實現(xiàn)的速度再提高多達6倍。同時，ISE9.1i還優(yōu)化了其最新65nmVirtex-5平臺獨特的ExpressFabric技術，可提供比競爭對手的解決方案平均高出30%的性能指標。對于功耗敏感的應用，ISE9.1i還可將動態(tài)功耗平均降低10%。

●Altera發(fā)布QuartusII軟件7.2，延續(xù)效能優(yōu)勢：
對于FPGA、CPLD以及結構化ASIC設計，QuartusII7.2是性能和效能首屈一指的設計軟件。隨著7.2版的進展，與高端65nm競爭FPGA相比，QuartusII軟件和StratixIIIFPGA現(xiàn)在具有兩個速率等級優(yōu)勢，而且編譯時間快3倍。此外，7.2版還首次實現(xiàn)了FPGA供應商對64位WindowsVista的支持。在7.2版，QuartusII仍舊是由FPGA供應商提供的、惟一支持多處理器(例如，Intel的Core2Duo和AMD的Athlon64×2)的軟件，充分利用了當今的雙核和多核計算機。

●Actel發(fā)布LiberoIDEv8.1版本，助力便攜式設計：
為了擴展其業(yè)界領先的專門針對芯片級和系統(tǒng)級節(jié)省功率的解決方案，Actel公司宣布推出全新版本Libero集成設計環(huán)境(IDE)，具備嶄新的重要功能包括功率驅動布局，使設計人員得以進一步優(yōu)化設計，并可減少典型設計的動態(tài)功耗達30%。通過在Libero的SmartPower工具中內置先進的功耗分析功能，這個強化的分析環(huán)境將可首次讓用戶在設計的所有功能模式下深入了解其功率應用。此外，便攜產品設計人員更可透過其創(chuàng)新的電池壽命評估功能，以其FPGA設計的功耗曲線為基礎，精確計算出電池壽命—這是首次在現(xiàn)場可編門陣列(FPGA)設計工具中實現(xiàn)的功能。

●Altium：
耗資上億美元花了3年時間收購Tasking，并于2004年開發(fā)推出Nexar2004的EDA平臺。該平臺包含多種設計導入方式，集成了VHDL仿真和合成，包含了各種處理器內核的大型免使用費IP庫，集成了嵌入式軟件設計工具。該軟件的推出對IC設計普遍化有著特別的意義。它提供了軟硬件協(xié)同設計的EDA平臺，集設計，驗證，測試綜合于一體，支持雙屏CRT，是基于PCBFPGASoC的EDA工作站，為嵌入式系統(tǒng)多CPU核設計提供了實現(xiàn)手段，消除了PCB設計中信號完整性、EMC、來自不同廠商的SMD器件的封裝、測試、訂貨、缺貨等困擾，提升了效率，此外，它基于FPGA實現(xiàn)用戶可重構的SoC(上市速度快，生命周期長)。

目前嵌入式系統(tǒng)開發(fā)當中，軟件開發(fā)速度尚跟不上硬件，而硬件電路設計跟不上半導體工藝發(fā)展速度。因此才有通過提供優(yōu)質FPGA把更多的應用設計空間和系統(tǒng)開發(fā)留給其他嵌入式系統(tǒng)設計者的可能，而要完成這個設計，基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)EDA平臺的建設就變得必不可少了，可以預見我們將進入一個嵌入式系統(tǒng)軟核設計時代。

結語

得益于半導體技術的高速發(fā)展，F(xiàn)PGA正努力遵循著摩爾定律穩(wěn)步地壯大著自己的實力。FPGA的從業(yè)者在這個發(fā)展當中看到了更多意想不到的創(chuàng)意和可能，于是他們一方面在不斷地提高性能和降低成本與體積，一方面也在探索著其他領域或者方向的發(fā)展可能。也許有一天，誰家的技術更先進之爭已無意義，而更多比較的是哪家廠商更好地與其他廠商合作，市場需要雙贏甚至多贏的。而FPGA要成為一個平臺，前面要走的路似乎還太長太曲折，不過我們有理由相信，也許在不久的將來，我們可以在大部分的電子設備當中發(fā)現(xiàn)FPGA的蹤影。