FPGA的SoC和专用化趋势

小黄豆

过去一年中，FPGA巨头赛灵思(Xilinx)在中国大举构建生态系统，其速度和力度让人吃惊。2006年末，赛灵思公司董事会主席、总裁兼CEOWimRoelandts来华宣布了“促进中国电子设计创新”的在华发展战略，主要内容包括加强客户支持力度、建立良好生态网络、投资新兴半导体公司以及培养未来工程设计人才，拉开了赛灵思在中国大举扩张的序幕。

随后，赛灵思宣布设立了金额达7500万美元的亚太区技术基金，投资那些基于可编程逻辑、为重点行业开发创新应用的公司。2007年，赛灵思又分别在上海张江和江苏无锡分别成立了赛灵思可编程IC人才实训基地和FPGA创新中心。不久前，首届“Xilinx杯中国高校开放源码硬件创新大赛”在国内高校拉开了帷幕。此外，赛灵思还在华设立专家团队和应用开发实验室，加大亚太及中国市场低成本、大批量应用开发力度。

好象其它半导体公司一样对中国市场的更加重视外，最近来华的赛灵思公司CTO揭开了其在中国大举构建生态系统另一个技术谜底：在技术和工艺进步的推动下，FPGA的应用范围越来越广，FPGA器件向soc和专用化发展，软件可
编程和硬件可编程出现融合。为此，FPGA供应商正向平台提供商转型。而对于平台提供商来说，一个强大生态系统的意义是，一是可以不断发现创新应用，二是能够为这些新应用提供系统级的解决方案。

oBolsens：FPGA正前所未有地进入更广泛的应用领域，特别是消费电子领域

正前所未有地进入更广泛的应用领域，特别是消费电子领域，我最重要的工作就是引入对赛灵思未来远发展有潜力的技术。”赛灵思公司全球副总裁兼首席技术官IvoBolsens对《国际电子商情》记者表示。

他进一步解释说，我们的挑战就是各种各样FPGA创新应用实在是太多了，很多我们自己都不知道，因此我们需要构建一个更强大的生态系统，而大学和初创公司在开发新技术和新应用上扮演非常重要的角色。 和其它CTO类似，Bolsens是赛灵思技术发展及人才培养的掌舵手，并领导赛灵思研究实验室的工作，主要研究领域在可编程逻辑的前沿技术。特别值得关注的是，他还负责赛灵思的大学计划以及面向初创公司的技术投资基金管理，以把握推动FPGA发展的新技术和新应用，表明了赛灵思对构建生态系统的重视。

FPGA向前发展是因为技术和工艺进步持续提升FPGA的价值。Bolsens介绍说，自1990年来，FPGA的成本降低了500倍、功耗降低了50倍、逻辑容量提高了200倍、速度快了40倍，预计到2010年，FPGA在价格上还会继续降低5倍，容量会增大5倍，单位功耗会有多5倍的功能，另外速度还会提升5倍。

可编程逻辑外，FPGA还集成了很多IP硬核，例如最新的PCIe&以太网模块、高速串行收发器、DSP模块以及嵌入式处理器等，向SoC发展。Bolsens举例说，如果以FPGA实现一个32位的处理器，那么相当于0.4美元提供240MIPS的性能，或者说2美元提供10万门。

事实上，这也与传统DSP和CPU等处理器的发展方向类似，它们也在片上集成了各种硬件加速器，为特定应用提供更高的性能。Bolsens对《国际电子商情》记者表示：“确实是如此，FPGA通过把更多硬核集成进去，能够适合更多特定的市场，这是一个趋势。不过，和同类方案相比，FPGA是可编程的，继承了很多可编程特性。”

这种片上集成外，Bolsens还提到未来另一种革命性的趋势，利用系统级封装技术(SiP)实现“虚拟SoC”。虚拟SoC可能会在同一个封装中集成传感器阵列、处理器、存储器、通用接口、混合信号和高压I/0等器件，以替代带有固化IP的大芯片。由于是多个裸片，每种器件都可以使用最适合自己的工艺，在降低成本、功耗和体积的同时，保持了高性能。Bolsens表示，赛灵思正在和几家厂商一起开发虚拟SoC，但不愿意透露进一步详情。

因为FPGA的功能越来越强，Bolsens指出，很多客户可以直接拿我们的FPGA做非常复杂的SoC，不用担心IC设计方面的问题，而把主要精力放在架构设计、IP、系统软件和系统验证等核心竞争力方面。Bolsens进一步解释说，这事实上是一种商业模式的转变，传统上系统厂商采用FPGA，需要自己完成设计定义和设计实现，而随着FPGA厂商可以提供平台化的方案，系统厂商只需要专注设计定义，设计实现由FPGA厂商完成。

产业这种发展趋势，体现在赛灵思的发展战略上主要有三个方面：一是在技术层面，将越来越多的硬核集成在FPGA中，以面向更多应用；二是在市场层面，通过降低成本和功耗，使FPGA从现有的网络/计算基础设施、工业、医疗和军事扩展到消费电子、汽车和电池供电设备；三是在产品上，由标准产品向通用IP(DSP、嵌入式处理和连接)、交钥匙解决方案(如视频、无线和流量管理)，以及针对一些市场定制平台(如汽车电子)，一步步演进。Bolsens表示：“我们希望从通用的商品型器件，一直到非常专用的垂直市场，都分别有解决方案！”

目前通讯应用仍占据赛灵思公司收入近一半，但Bolsens强调消费电子等未通讯业务的成长性。他介绍说，由于通信产业的整合，过去5中，赛灵思的通讯业务年复合增长率约为4%，而非通讯业务约为30%！他还表示，除了CPLD外，FPGA也将渐渐地
用于电池供电的设备中，首先是那些比较复杂的设备，如高端摄像机。

FPGA向专用化和复杂soc发展，作为平台提供商的FPGA供应商就不仅需要提供硬件，还需要更加关注软件和应用，而这都需要借助生态系统：不仅包括赛灵思自己的客户支持团队，还有第三方开发商网络，大学计划以及初创公司等。

传统的软件可编程和硬件可编程正走向融合。Bolsens也认同这种趋势。Bolsens对《国际电子商情》记者指出：“是的，未来软、硬件可编程性最终会合到一起，这也是我们赛灵思后面发展的焦点之一。我们提供基于C的FPGA设计五金|工具，以及投资非常多的第三方合作伙伴，也就是让客户最后用FPGA的时候，感觉就好像在使用软件一样。”

他还指出，三网融合/三重播放(TriplePlay)是未来FPGA最好的机会，包括用于基础设施的高性能Virtex系列，以及用于客户端的低成本Spartan系列。他解释说，数字信号处理(处理数据)、包处理(传输数据)和海量计量(分析数据)是让TriplePlay实现的三大关键技术，而这刚好是提供强大DSP功能、互联功能以及运算功能的FPGA优势所在。他笑道：“未来可能每一个电子产品中都有一个FPGA，你可能没有意识到自己正在使用FPGA。”