超越 SoC 的設計創新

　　大多數軟、硬件工程師都很熟悉 FPGA，這點應該勿庸置疑。這種熟悉不見得是實質性的熟悉，而是從概念上比較了解，也就是說 FPGA 功能的快速發展和成本的不斷下降是大家都不容忽略的優勢。同時，他們也認識到這種可編程器件顯然能方便地作為各種數字電路以及邏輯處理的高靈活度、低成本的載體。

　　基本說來，在設計方案中發揮 FPGA 的功能就是簡單地映射出所需的邏輯，然后將其下載至適當容量大小的器件中。這有些像大型處理器系統主體設計的輔助支持工作，而且在該層面上也確實發揮著自身的支持性作用。

　　近期一些應用開始充分利用 FPGA 的高吞吐量和并行計算功能進行數據處理工作，不過這種工作仍屬于發揮支持性作用，而不是主要作用。例如，我們往往在設計工作后期才決定采用基于 FPGA 的 DSP 模塊，而且是將其作為主設計規劃與工藝流程的附屬部分來開發。

　　隨著 FPGA 功能獲得長足發展，我們已開始采用能夠在可編程空間內實施處理器、存儲器、高速數據處理以及外設等核心功能模塊的 SoC 設計方案。隨著FPGA器件各代工藝技術從 65 納米向先進的 40 納米方向發展，而且門的容量達到數百萬個，FPGA 目前已開始走向發揮主導作用的前臺，能夠支持真正的大型設計，達到專業化 ASIC 器件的實施水平。

　　從某種程度上說，這要歸功于 FPGA 廠商推動的技術發展，拉近了 FPGA 與 ASIC 器件之間的性能與效率差距。對于大多數投入中低規模量產的產品而言，基于 FPGA 的方案顯然比 ASIC 更實際，這主要是因為后者的 NRE 成本已然非常高昂，而且還在不斷升高。不過，目前高產量產品仍然主要選用 ASIC 器件。

　　發揮潛力的障礙

　　不過，如果我們簡單地認為 FPGA 就是 ASIC 設計方案的低成本與多功能備選方案的話，那么我們就會忽視 FPGA 可提供的巨大潛力。FPGA 的更高級潛力集中體現在 FPGA 從根本上與 ASIC 存在的技術差異性，即 FPGA 的關鍵技術組件具有強大的可再編程能力。要充分發揮其這一潛力需要采用不同的設計理念和設計方法，這就遠遠超出了傳統 SoC 的設計思路和 ASIC 的原有方案。

　　FPGA 型產品設計的傳統開發進程反映了傳統的設計理念，即將設計方案的各個部分(軟件、硬件及嵌入式硬件)作為彼此獨立、不相聯系的任務。這就是說，傳統方案與 ASIC 開發工作差不多，軟硬件分組等重大設計決策都是在設計周期的早期階段做出的(并在早期階段就固定了)。

　　其結果是，物理硬件(FPGA 器件與外設硬件)以及可編程硬件元素在進行有意義的軟件開發之前就已經鎖定了。這些初期決策確定了后續開發工作的參數和局限性，因而導致越到開發后期設計選擇的局限性就越大。通過修改軟硬件分組、將嵌入式處理器改為硬連接處理器抑或是選擇不同的 FPGA 器件類型等來進行細節調整設計方案的理念是不存在的。

　　在上述基本層面進行任何設計方案調整都必須對包括硬件、可編程硬件和軟件在內的所有設計領域進行大量重新設計，這對設計工作造成的沖擊是極其巨大的，因此我們必須不惜一切代價避免這種設計巨變。簡而言之，只能在可編程硬件的限制框架內創建軟件，而可編程硬件則又相應局限于固定的物理硬件。

　　在當今設計中，軟件定義著產品的獨特優勢與競爭元素(功能性與最終用戶體驗)，因此傳統的 SoC 設計方案會人為地制造軟件開發的局限性，影響設計最具價值的成分。對基于 FPGA 的設計而言，產品最核心的資產當屬應用軟件和嵌入式 FPGA 硬件所決定的“軟”屬性。