再思考FPGA中的同構和異構設計架構

早在2001年，我曾寫過一篇專欄文章，內容是關于在針對信號處理的應用中，采用異質結構設計所具備的優點。我的依據是：信號處理應用一般包括不同的數據速率、數據類型和算法；另外，針對這些不同需求有針對性地采用不同處理引擎，比一個以不變應萬變的方法更有價值。當時，采用異構處理架構一般意味著采用兩個或更多個芯片。

六年后，我們置身于追逐采用多核架構的潮流之中。這些芯片包含數以十計甚或數以百計的處理器，有時甚至包括類似FPGA那樣的器件。此時，是采用同構還是異構處理元件的問題仍是個關鍵的設計決定，盡管在這種情況下，問題出現在芯片層面而非系統層面。

一般來說，同構設計便于使用且適合更廣泛的一系列應用，但這些優點以性能和效率為代價。異構方案舍棄了一定的通用性和使用上的便利，但對其目標應用來說效率更高。從芯片供應商的角度講，問題就變成：是把芯片設計得盡可能滿足多種應用，還是只將其定位在一兩個目標市場。

解決方法之一是：以一種相當通用的同構方法為出發點，然后，一旦該芯片找到細分市場且該市場已成型，則轉向一個基于應用的專用異構方法。這就是picoChip所采取的策略：其最初芯片有一個高度類似的處理器陣列，而其最新芯片通過整合進專用協處理器，轉而衍變為面向特定應用的產品。FPGA供應商Altera和Xilinx已從提供通用的具有“海量門”的芯片向整合了硬連線信號處理元件、存儲器、處理器和專用I/O的芯片發展。

我相信，在嵌入式應用中，對從同構到異構整個范疇內的所有芯片劃分來說都存在著大量機遇。對多核架構芯片供應商來說，關鍵是使架構迎合市場需要，并注意同構和異構架構的優劣權衡。