TI說(shuō)要終結(jié)FPGA，真的能實(shí)現(xiàn)嗎？ - 全文

　　前段時(shí)間，TI（德州儀器）曾表示將用一種解決方案終結(jié)FPGA——人們對(duì)此看法不一——我們?cè)噲D在本文中做一些更為深入的探討。

　　TI已經(jīng)向FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）下戰(zhàn)書(shū)了，其正在研究一種結(jié)合了多核ARM處理器、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和多可編程硬件加速器的特殊用途處理器系列，TI宣稱(chēng)該系列處理器能夠取代FPGA，而FPGA社區(qū)目前主要由Altera和Xilinx把持。TI能完成這一壯舉嗎？FPGA就像是一塊空白的石板，能夠解決任何高速計(jì)算的問(wèn)題，但相對(duì)價(jià)格較高，編程較為困難，而且比較浪費(fèi)資源（在大多數(shù)FPGA設(shè)計(jì)中，通常不會(huì)用到FPGA的每個(gè)門(mén)）。

　　另一方面，TI還必須將這一系列擴(kuò)展到整個(gè)FPGA的市場(chǎng)范圍。這能夠完成嗎？我們?cè)儐?wèn)了TI、Altera和一些分析師，然后我們將他們的觀點(diǎn)在下面進(jìn)行了一些梳理。（另外，我們也向Xilinx提出過(guò)問(wèn)詢請(qǐng)求，但得到的答復(fù)是“無(wú)可奉告”。）

集成了11.3 Gbps收發(fā)器的Altera Stratix IV FPGA芯片

　　“在我看來(lái)，TI的產(chǎn)品很有趣很有前瞻性，因?yàn)槠溽槍?duì)現(xiàn)有的解決方案提供了兩個(gè)有針對(duì)性的解決方案：該方案在保證了大致相當(dāng)?shù)男阅艿耐瑫r(shí)還實(shí)現(xiàn)了更低的成本和更低的功耗，這對(duì)于該方案在軍事和工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。在這一點(diǎn)上，該解決方案不能能夠提供更為便攜式的方案，同時(shí)還為現(xiàn)存設(shè)備的FPGA的更替提供了有效的方式?！盨trategic Technologies Practice的主任Asif Anwar說(shuō)，“另一條戰(zhàn)線可能是在GGPU（通用圖形處理單元）上?！?/p>

Altera HardCopy II 230 ASIC（專(zhuān)用集成電路），與Stratix II FPGA兼容。

　　據(jù)Anwar講，基于GGPU相關(guān)的COTS（商品化的產(chǎn)品和技術(shù)）也被用來(lái)作為FPGA和ASIC的一個(gè)替代選項(xiàng)，尤其是在需要以同樣的方式處理大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用中，比如說(shuō)SAR（合成孔徑雷達(dá)）圖像。Anwar說(shuō)TI的SoC也能應(yīng)用到這一領(lǐng)域，而且同時(shí)還提供了更強(qiáng)大處理性能；這對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)更為理想的解決方案，而不必使用FPGA，但是因?yàn)槌杀镜年P(guān)系，該方案中使用了GGPU作為一種“還算足夠好”的解決方案。

　　“值得強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，GGPU上有一種固有的限制，使得他們并不適合靈活性更高的應(yīng)用中，比如說(shuō)電子對(duì)抗戰(zhàn)（EW）。而TI的解決方案應(yīng)該能夠處理EW系統(tǒng)中對(duì)復(fù)雜性的要求。TI的解決方案能取代FPGA嗎？那是肯定的，當(dāng)然，F(xiàn)PGA仍在一些特定市場(chǎng)是非常關(guān)鍵的，比如說(shuō)太空領(lǐng)域，這是FPGA和ASIC的戰(zhàn)場(chǎng)。我不認(rèn)為這一過(guò)程是能一蹴而就的，但是如果TI能夠提供一整個(gè)系列的解決方案，那么可能很快這些解決方案就將具備蠶食FPGA市場(chǎng)的能力?！?/p>

　　另一方面，一些分析師也聽(tīng)說(shuō)TI正嘗試用一個(gè)異構(gòu)處理器系列取代已有的FPGA，即使只是在某些特定的應(yīng)用中。

　　“簡(jiǎn)單地說(shuō)，TI夸大了自己的情況?！狈治?a target="_blank">公司The Linley Group的Linley Gwennap說(shuō)。

Xilinx XC2064 FPGA首先使用LUT（查詢表）。

　　Linley指派了一位分析師Jag Bolaria為我們解釋該公司結(jié)論的更多細(xì)節(jié)。

　　“TI的定位是很不錯(cuò)，而且它也能取得一定的FPGA市場(chǎng)?！盉olaria說(shuō)，“TI將會(huì)取代一部分FPGA應(yīng)用。TI的器件憑借更好的能量效率和更好的門(mén)使用率為其國(guó)防方面的應(yīng)用贏得了可能，其門(mén)利用率的優(yōu)化可以低至50%?！?/p>

　　然后Bolaria提出了更重要的觀點(diǎn)，而這可能就是Linley的觀點(diǎn)和TI的期望之間的分歧。

　　“但TI的設(shè)備并沒(méi)有可編程邏輯，事實(shí)上其并不能完成FPGA的所有工作，F(xiàn)PGA使用的是可重構(gòu)邏輯。TI的設(shè)計(jì)能在需要ADC/DAC的設(shè)計(jì)中取代FPGA。在穩(wěn)定的設(shè)計(jì)中——即設(shè)計(jì)中的改變是可預(yù)測(cè)的，這是FPGA的優(yōu)勢(shì)就更為明顯?！?/p>

　　話說(shuō)TI不具備可編程邏輯是不正確的，但TI并未就此指控做出直接回應(yīng)。

　　TI的通信處理器業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理Robert Ferguson說(shuō)：“66AK2L06有可編程的內(nèi)核——其中ARM、DSP和硬件加速器都是可編程的——而FFTC（快速傅里葉變換協(xié)處理器）、DFE（數(shù)字前端）和NetCP（網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器）/安全硬件都是可以被用戶編程的，而且包含由邏輯，尤其是考慮到DFE的價(jià)值以及其在信號(hào)鏈中從ADC到66AK2L06中扮演的角色。”

　　Linley的資深分析師Tom Halfhill卻并不認(rèn)同，他毫不含糊地指出TI在謊報(bào)自己的芯片。他說(shuō)：“TI的芯片沒(méi)有可編程邏輯。TI的芯片能否取代FPGA還需要一項(xiàng)一項(xiàng)逐一篩查。有的情況，F(xiàn)PGA確實(shí)能被取代，但也有的使用場(chǎng)景仍然是FPGA的。至少FPGA在兩個(gè)方面不會(huì)落?。阂粋€(gè)需要小批量定制的解決方案，沒(méi)有必要設(shè)計(jì)ASIC時(shí)；以及解決需要比傳統(tǒng)的DSP更高的信號(hào)處理性能時(shí)?！?/p>

　　Halfhill承認(rèn)TI的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)收集技術(shù)在其設(shè)計(jì)中一定能夠有所裨益，但他們最先推出的一系列產(chǎn)品肯定不具有顛覆FPGA的實(shí)力。

　　他說(shuō)：“TI正在推廣用于數(shù)據(jù)收集應(yīng)用的芯片，比如可能會(huì)用到DFE、JESD204B和DSP內(nèi)核的雷達(dá)和聲吶中。一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可能使用FPGA實(shí)現(xiàn)這些功能，所以在這些案例中，66AK2L06能夠取代FPGA（或自定義ASIC）?！?/p>

　　Altera簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)了Linley Group關(guān)于FPGA面對(duì)TI的挑戰(zhàn)時(shí)所作的相關(guān)評(píng)論，并試圖總結(jié)FPGA相比于TI的解決方案的優(yōu)勢(shì)，從而對(duì)Halfhill的評(píng)價(jià)進(jìn)行延伸。

　　Altera戰(zhàn)略技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Trung Tran說(shuō)：“隨著具有先進(jìn)信號(hào)處理要求的高性能系統(tǒng)的不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)師需要更強(qiáng)的FFT（快速傅里葉變換），還需要32甚至更多的信道以完成更為復(fù)雜的大規(guī)模并行計(jì)算。FPGA是這些應(yīng)用中的理想的解決方案，因?yàn)镕PGA的靈活性更高，而且它們能為客戶帶來(lái)最先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)和最前沿的技術(shù)?！?/p>

　　另外其他的分析師還有另外的一些更大局的看法，即異構(gòu)內(nèi)核處理器和專(zhuān)用內(nèi)核處理器將怎樣影響Altera、Xilinx和其它FPGA供應(yīng)商？比如說(shuō)，英特爾的Xeon接受內(nèi)部封裝了Altera FPGA的預(yù)定，這導(dǎo)致市場(chǎng)傳出了英特爾收購(gòu)Altera的傳聞。

　　“TI現(xiàn)在正在做的事情很多FPGA公司都已經(jīng)做過(guò)了，即增加異構(gòu)內(nèi)核。TI的66AK2L06有可能在高速通信等相關(guān)領(lǐng)域取代FPGA，但FPGA公司已經(jīng)看到對(duì)片上可編程內(nèi)核的需求，這也能在相同的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮效用，盡管可能價(jià)格相對(duì)較高一點(diǎn)?！?br />

　　關(guān)于TI 66AK2L06到底能適合那些應(yīng)用，其它的分析師也提供了一些有理有據(jù)的意見(jiàn)。

　　Semico Research Corp.高級(jí)分析師Richard Wawrzyniak說(shuō)：“TI的器件相對(duì)于FPGA有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。TI確實(shí)能獲得一定的市場(chǎng)份額，但除此之外，F(xiàn)PGA更好。一個(gè)FPGA能夠解決的問(wèn)題同樣可以用TI的芯片來(lái)解決；而FPGA的成本高出一倍，消耗的功率也可能不止12W，可能會(huì)達(dá)到20W?！?/p>

使用2.5D堆疊硅片互聯(lián)技術(shù)的Virtex-7 2000T FPGA，其上有60億個(gè)晶體管。

　　但他補(bǔ)充說(shuō)TI要想完全取代FPGA還有很長(zhǎng)一段路要走，尤其是考慮到設(shè)備的尺寸、價(jià)格、功耗方面的問(wèn)題——功耗必須要和尺寸、重量和價(jià)格達(dá)到相對(duì)的平衡。

　　“如果TI系列最終能夠提供更強(qiáng)的處理能力、更便宜的價(jià)格和更有優(yōu)勢(shì)的功耗表現(xiàn)，比如說(shuō)功耗能降到2W，那么它就有可能在每一個(gè)領(lǐng)域都取代FPGA。但在我看來(lái)，TI在高端FPGA市場(chǎng)的作為可能不會(huì)太大，他們將更專(zhuān)注于降低功耗水平。目前TI的設(shè)計(jì)中已經(jīng)有很多的新資源，能比FPGA做得更多，所以毫無(wú)疑問(wèn)其將會(huì)切入FPGA的市場(chǎng)，尤其是一些數(shù)據(jù)加速和安全應(yīng)用中。”Wawrzyniak說(shuō)。

　　一位分析師稱(chēng)TI的動(dòng)作只是從之前的各種專(zhuān)門(mén)方法向標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)方案的電子產(chǎn)品進(jìn)化的一部分。據(jù)IHS科技公司的MCU&MPU高級(jí)分析師Tom Hackenberg說(shuō)：“TI的市場(chǎng)表現(xiàn)將會(huì)對(duì)FPGA的特定應(yīng)用市場(chǎng)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性的影響。不過(guò)，卻并不會(huì)成為真正的威脅，因?yàn)槠浔旧硪彩窍到y(tǒng)設(shè)計(jì)的競(jìng)爭(zhēng)演化周期的一個(gè)自然組成部分?！?/p>

　　據(jù)Hackenberg說(shuō)，這個(gè)設(shè)計(jì)周期有如下趨勢(shì)：

　　先是由許多分立元件和模擬前端（如無(wú)線電和傳感器）構(gòu)成的新應(yīng)用。接下來(lái)模擬元件換成了數(shù)字組件，其中有各種各樣的數(shù)字模塊，如內(nèi)存、數(shù)字信號(hào)處理器、微控制器和處理器。

　　據(jù) Hackenberg說(shuō)，現(xiàn)在隨著產(chǎn)量的增加，使用標(biāo)準(zhǔn)組件的技術(shù)開(kāi)始被吸納到更復(fù)雜和更高效的方案中，許多模擬前端功能都換成了數(shù)字前端，從而避免了濾波器和信號(hào)調(diào)制的需求。邏輯組件開(kāi)始開(kāi)始配置在FPGA和DSP中，尤其是模數(shù)轉(zhuǎn)換和邏輯單元。而內(nèi)存也開(kāi)始集成到微控制器和專(zhuān)用的處理器中。

　　隨著產(chǎn)量的繼續(xù)增加和標(biāo)準(zhǔn)化的持續(xù)，片上系統(tǒng)解決方案吸收了更為復(fù)雜的解決方案。模擬前端變成了模數(shù)轉(zhuǎn)換中最簡(jiǎn)單的功能，其它的都交給了DFE。

　　據(jù)Hackenberg：“在產(chǎn)量帶來(lái)的規(guī)模效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，F(xiàn)PGA也面臨著來(lái)自其它邏輯組件的競(jìng)爭(zhēng)，如ASIC和ASSP（專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品）。而在這進(jìn)化周期的后期階段，邏輯組件（包括FPGA、ASIC、和ASSP）與DFE經(jīng)常被吸納到SoC中。處理器通過(guò)將更多的子系統(tǒng)集成而實(shí)現(xiàn)性能的提升和加速，同時(shí)也能通過(guò)配置保持靈活性。”

不管設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，F(xiàn)PGA可以運(yùn)行任何使用HDL語(yǔ)言（Verilog或VHDL）編寫(xiě)的數(shù)字系統(tǒng)。

　　這就是TI的異構(gòu)內(nèi)核解決方案的進(jìn)化情形——即Hackenberg所謂的“將這些新應(yīng)用帶到下一階段。”

　　“TI 66AK2L06系統(tǒng)芯片是應(yīng)用處理器、DSP、JESD204B和可配置邏輯的混合，這樣就能靈活地實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)字前端的許多不同應(yīng)用，這是一個(gè)很好的解決方案，并且在其目標(biāo)市場(chǎng)（航空&國(guó)防、測(cè)試&測(cè)量和醫(yī)學(xué)成像等需要在其數(shù)字前端和處理器之間用到一個(gè)或多個(gè)模擬或邏輯組件的應(yīng)用）上有巨大的應(yīng)用潛力。今天的FPGA能夠輕而易舉地處理大量的并行通道，是因?yàn)樗麄兊膫兘Y(jié)構(gòu)可以專(zhuān)用于復(fù)制這些串行數(shù)據(jù)輸入，并以很高的數(shù)據(jù)率進(jìn)行濾波。”Hackenberg告訴我們，“但66AK2L06有潛力消除模擬信號(hào)接收器和處理器之間的組件，從而在大多數(shù)使用場(chǎng)景中達(dá)到節(jié)省功耗和空間的目的，而根據(jù)組件成本和開(kāi)發(fā)時(shí)間的不同，開(kāi)發(fā)成本也會(huì)有所降低。”

　　是什么一直在保持FPGA市場(chǎng)的活力？據(jù)Hackenberg說(shuō)，是采用的新設(shè)計(jì)和新應(yīng)用可以首先上市，然后整個(gè)過(guò)程又能在另一個(gè)應(yīng)用中重新開(kāi)始。

TI 66AK2L0是旨在取代FPGA的第一個(gè)系列

　　“一些市場(chǎng)對(duì)并行處理的量要求非常高，如電信和視頻內(nèi)容處理，這些市場(chǎng)對(duì)FPGA的使用時(shí)間可能會(huì)更長(zhǎng)更廣泛，因?yàn)檫@里的并行處理的數(shù)據(jù)量非常大，而相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)還在不斷發(fā)展。一些應(yīng)用卻永遠(yuǎn)不會(huì)有足夠的量來(lái)保證ASSP/ASIC和最終的TI SoC的開(kāi)發(fā)成本。這就意味著FPGA的市場(chǎng)還將繼續(xù)保持活力，但TI也將帶著其66AK2L06進(jìn)入下一個(gè)應(yīng)用階段。”