FPGA两难问题 混合系统架构来解决

在新的半导体制造工艺中，FPGA通常是最先被采用、验证和优化该工艺的器件之一。Altera公司资深副总裁，首席技术官Misha Burich认为，目前业界正面临着灵活性和效率的两难选择，集成微处理器+DSP+专用IP+可编程架构的“混合系统架构”将有望发挥巨大优势。以Altera Stratix V FPGA为例，该产品具有可高度灵活配置的28Gbps收发器，但是，在当今以系统为导向的环境下，仅做到这一步还远远不够。因为串行链路还需要速度足够快的控制器，控制器需要高速的片上总线和缓存。同时，所有这些模块还必须满足能耗要求。

高速串行链路并不是唯一的实例。当今的很多系统设计包括FPGA以及一个甚至多个32位嵌入式处理器。是购买CPU作为专用标准产品IC或高级控制器，还是在FPGA中实现CPU是使用可编程架构中的软内核，还是选择SoC FPGA等支持硬核ARM处理器的FPGA在高速缓存、DRAM控制器以及加速器之间怎样划分才能实现带宽最大的数据流?这些答案最终都取决于具体应用。不论对于FPGA供应商有多么方便，都没有适用于所有用户的一个统一解决方案。

2012年，很多非常具有竞争力的系统设计团队将会高度专业化，他们需要全套的IP内核、自动IP装配工具和完整的参考设计，需要IC供应商提供所需的系统平台。Altera不可能只通过采用单一工艺和几种不同容量/引脚输出的一颗芯片来服务于用户。为能够满足不同应用的需求，FPGA厂商必须提供收发器设计选择、实现接口控制器、内部存储器模块容量，速度和功耗、内部总线结构的硬件架构，以及涵盖综合/仿真/时序分析、系统互联、基于C语言的编程工具、DSP编程、嵌入式软件工具在内的开发环境。

Misha Burich称，Altera注意到了一些FPGA产品新的应用机会，包括服务器中用于硬件加速、固态硬盘、SoC FPGA支持车载辅助驾驶等，而3D封装和OpenCL将是实现硅片融合的关键支撑技术。日前，Altera宣布采用TSMC的CoWoS(基底晶圆芯片生产)技术，开发出全球首颗能够整合多元(Heterogeneous)技术的3D IC测试芯片。“是用户和应用推动了将异构系统集成到一个封装中。”Misha Burich表示，“此项创新将模拟、逻辑及内存等各种不同芯片技术堆栈于单一芯片上组合而成，极大的提高了系统性能、在更小封装的基础上大幅降低系统功耗和成本。”

在利用OpenCL编程FPGA方面，据称Altera已开发出一款处于原型阶段的软件工具，它能在FPGA上完成获取OpenCL代码、编译等工作，且具有足够好的性能，对产品面市时间和效能产生了积极影响，目前正在向垂直市场中形形色色的公司(例如高性能计算、气象和金融建模、雷达和医疗等)介绍并联合测试该软件。Altera方面称，由于了解垂直市场具有多样化需求，且该软件正优化代码以提升功能，所以新软件仍处在定义阶段。“眼下，我们仅仅是发布了一个程序，而非一款产品，希望OpenCL规范的未来版本增加对FPGA使用的流存储器接口的支持。”Misha Burich说。