可配置平臺：殊途同歸
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可配置平臺：殊途同歸
盡管實現的方法各有差異，但是設計界努力的目標是一致的，即尋求一種能夠滿足功能性要求，又能夠保持足夠靈活性的可配置設計平臺。
在FPGA誕生后的頭十年中，它與ASIC所服務的市場可以說是涇渭分明，大家過得也算是相安無事。可是后來，尤其是最近的五年中，工業界的價值標準發生了深刻的變化：主頻和線寬不再成為衡量一件產品優劣的唯一指標，倒是“面市時間”這個反映實現能力的詞匯常常掛在人們嘴邊。也就是說，工業界對于設計響應市場變化的靈活性提出了更高的要求。恰逢此時，經濟衰退中半導體工藝升級步伐的減緩將ASIC拖入了高成本的泥潭，因此以FPGA為代表的可編程技術越發顯現出它的“侵略性”，不斷在應用市場中攻城掠地，蠶食ASIC的市場空間。
雖然關于“ASIC和FPGA采用誰”的爭論由來已久，但歸根結底就是設計界希望在功能性和靈活性之間找到一種均衡，達到“魚和熊掌兼得”的境界。在對這兩“性”有著鮮明需求傾向的領域，選擇誰自不必說，因此大家爭奪的焦點就落在了要功能性和靈活性兼顧的“中間地帶”。在過去的幾年中，我們已經看到了ASIC和FPGA兩個陣營為此進行的努力。從現在的形勢上看，ASIC陣營的步伐似乎要慢半拍，他們的努力大多還是集中在對ASIC產品制造及升級成本的削減方面，結構化ASIC的出現就是一個例子（參見附文《從ASIC逼近》）。而目前市場中比較成熟的、符合“不大改動系統平臺的情況下具有改變系統特性和行為的靈活性”定義的可配置設計平臺，大多來自于FPGA廠商。
目前設計界在“可配置平臺”的實現上，基本上是因循著“微處理器+可編程邏輯”的思路進行的。那么不同可配置平臺間的差異性，很大程度上就體現在對微處理器和可編程邏輯的設計和選擇上。
硬核平臺
面對廣大的嵌入式應用，CPU往往是系統最終性能表現優劣的關鍵。因此FPGA廠商往往會選擇在FPGA中集成硬核CPU以及其他外圍模塊的方式，創造出一種滿足高性能應用的器件類型。
在硬核CPU的選用上，Xilinx公司采用的是PowerPC 405，這是一個 32位RISC核，將其集成在Xilinx的Virtex-Ⅱ Pro器件中后，工作頻率可以達到400MHz，性能超過了600DMIPS，這一出眾的性能使Virtex-Ⅱ Pro受到網絡電信、音視頻處理等高端應用的青睞。
與Xilinx不同，另一家FPGA廠商Altera公司在設計基于硬核的可配置平臺時，選用了公開授權的ARM922架構，這是一個主頻可以達到200MHz的32位RISC內核，它與Altera的APEX FPGA架構集成后形成了被稱為Excalibur的系列器件，根據可編程邏輯密度和外圍模塊的不同Excalibur共有三個型號。Altera公司IP業務部副總裁Craig Lytle表示，Excalibur器件是專門針對喜歡采用ARM指令集架構(ISA)并尋求完整的處理器次系統來充當主處理器的客戶設計的，而且他堅定的認為，與PowerPC相比，作為可配置平臺的CPU硬核，ARM是一種更有前途的架構，這是因為“ARM的AMBA總線架構是事實上的行業標準，很多IP供應商已將AMBA總線架構標準化”，這對于平臺功能的擴展與升級是十分關鍵的。
盡管業內存在不同的聲音，Xilinx仍然對它的基于PowerPC的產品線充滿信心。到目前為止，Xilinx已經付運的PowerPC內核超過了10萬，而且在PowerPC技術的推廣上它依然在奉行著一種“強硬”的市場策略，即在幾乎所有的Virtex-Ⅱ Pro器件中都加入PowerPC內核，此舉的意義在于只要是使用Virtex-Ⅱ Pro FPGA產品的客戶，不論其現在的設計需要微處理器內核與否，都成為了基于PowerPC平臺的潛在的使用者。根據Gartner的測算，目前在Xilinx超過10萬的客戶中，大約有2.6%的客戶具有“激活”PowerPC內核的設計工具，有1.3%的客戶已經在從事基于PowerPC的設計。可以說，這是目前最大的基于硬核的可配置平臺開發社區。
表1，基于FPGA的主流可配置平臺
不過在Xilinx公司對PowerPC信心十足之時，一個微妙的變化值得留意——今年3月，Xilinx收購了一家名為Triscend的芯片公司，該公司曾經推出一款被稱為CSoC（Configurable System-On-Chip，可配置系統級芯片）的器件，其采用的也是一種“微處理器+可編程邏輯”的架構，而其中的CPU內核選用的是ARM7TDMI。對于這次并購，Xilinx公司亞太區高端產品市場經理梁曉明先生的解釋是“兩家公司在技術上的聯姻可以為Xilinx公司進入潛力巨大的嵌入式市場提供支持”，但這背后的潛臺詞是否是“Xilinx也在考慮在可配置設計平臺中引入ARM架構”呢？讓我們拭目以待。
Triscend公司在被收購后，其CSoC產品線及既有客戶的支持交由其原先在中國的代理北京矽正電子技術有限公司（Zylogic Semiconductor Corp.）運作。CSoC也是一種市面上可見到的硬核可配置平臺產品。雖然在架構上與剛才介紹的FPGA廠商推出的平臺產品如出一轍，但在器件設計的理念上還是存在一些差異。總體來說，兩者最大的差別就在于FPGA廠商產品設計的出發點還是在可編程邏輯部分，而CSoC平臺則會更傾向于微處理器一邊，這就給器件中可配置功能的定義與劃分，以及開發工具的設計帶來差異。矽正電子大客戶經理王起龍在分析CSoC平臺特點時指出，與FPGA公司的硬核平臺比較，兩者最顯著的差異是在系統總線上。CSoC平臺在總線上采用了一種Selector技術，就是通過特制的ASIC電路進行硬件譯碼，而Xilinx的產品中譯碼的功能是需要占用系統可編程邏輯資源完成的，因此在這方面CSoC平臺具有更高的效率。這種以微處理器為核心的“傾向性”似乎更適合于嵌入式應用，CSoC平臺當初主攻的市場就是工控領域，由此也就不難分析出Xilinx對Triscend公司的興趣所在了。
圖1，由前Triscend公司推出的CSoC器件中集成了一個ARM7TDMI芯核，其ASIC的成分與可編程邏輯電路對硅資源的占用比例基本上是根據“二八”原則設置的。
在FPGA誕生后的頭十年中，它與ASIC所服務的市場可以說是涇渭分明，大家過得也算是相安無事。可是后來，尤其是最近的五年中，工業界的價值標準發生了深刻的變化：主頻和線寬不再成為衡量一件產品優劣的唯一指標，倒是“面市時間”這個反映實現能力的詞匯常常掛在人們嘴邊。也就是說，工業界對于設計響應市場變化的靈活性提出了更高的要求。恰逢此時，經濟衰退中半導體工藝升級步伐的減緩將ASIC拖入了高成本的泥潭，因此以FPGA為代表的可編程技術越發顯現出它的“侵略性”，不斷在應用市場中攻城掠地，蠶食ASIC的市場空間。
雖然關于“ASIC和FPGA采用誰”的爭論由來已久，但歸根結底就是設計界希望在功能性和靈活性之間找到一種均衡，達到“魚和熊掌兼得”的境界。在對這兩“性”有著鮮明需求傾向的領域，選擇誰自不必說，因此大家爭奪的焦點就落在了要功能性和靈活性兼顧的“中間地帶”。在過去的幾年中，我們已經看到了ASIC和FPGA兩個陣營為此進行的努力。從現在的形勢上看，ASIC陣營的步伐似乎要慢半拍，他們的努力大多還是集中在對ASIC產品制造及升級成本的削減方面，結構化ASIC的出現就是一個例子（參見附文《從ASIC逼近》）。而目前市場中比較成熟的、符合“不大改動系統平臺的情況下具有改變系統特性和行為的靈活性”定義的可配置設計平臺，大多來自于FPGA廠商。
目前設計界在“可配置平臺”的實現上，基本上是因循著“微處理器+可編程邏輯”的思路進行的。那么不同可配置平臺間的差異性，很大程度上就體現在對微處理器和可編程邏輯的設計和選擇上。
硬核平臺
面對廣大的嵌入式應用，CPU往往是系統最終性能表現優劣的關鍵。因此FPGA廠商往往會選擇在FPGA中集成硬核CPU以及其他外圍模塊的方式，創造出一種滿足高性能應用的器件類型。
在硬核CPU的選用上，Xilinx公司采用的是PowerPC 405，這是一個 32位RISC核，將其集成在Xilinx的Virtex-Ⅱ Pro器件中后，工作頻率可以達到400MHz，性能超過了600DMIPS，這一出眾的性能使Virtex-Ⅱ Pro受到網絡電信、音視頻處理等高端應用的青睞。
與Xilinx不同，另一家FPGA廠商Altera公司在設計基于硬核的可配置平臺時，選用了公開授權的ARM922架構，這是一個主頻可以達到200MHz的32位RISC內核，它與Altera的APEX FPGA架構集成后形成了被稱為Excalibur的系列器件，根據可編程邏輯密度和外圍模塊的不同Excalibur共有三個型號。Altera公司IP業務部副總裁Craig Lytle表示，Excalibur器件是專門針對喜歡采用ARM指令集架構(ISA)并尋求完整的處理器次系統來充當主處理器的客戶設計的，而且他堅定的認為，與PowerPC相比，作為可配置平臺的CPU硬核，ARM是一種更有前途的架構，這是因為“ARM的AMBA總線架構是事實上的行業標準，很多IP供應商已將AMBA總線架構標準化”，這對于平臺功能的擴展與升級是十分關鍵的。
盡管業內存在不同的聲音，Xilinx仍然對它的基于PowerPC的產品線充滿信心。到目前為止，Xilinx已經付運的PowerPC內核超過了10萬，而且在PowerPC技術的推廣上它依然在奉行著一種“強硬”的市場策略，即在幾乎所有的Virtex-Ⅱ Pro器件中都加入PowerPC內核，此舉的意義在于只要是使用Virtex-Ⅱ Pro FPGA產品的客戶，不論其現在的設計需要微處理器內核與否，都成為了基于PowerPC平臺的潛在的使用者。根據Gartner的測算，目前在Xilinx超過10萬的客戶中，大約有2.6%的客戶具有“激活”PowerPC內核的設計工具，有1.3%的客戶已經在從事基于PowerPC的設計。可以說，這是目前最大的基于硬核的可配置平臺開發社區。
表1，基于FPGA的主流可配置平臺
不過在Xilinx公司對PowerPC信心十足之時，一個微妙的變化值得留意——今年3月，Xilinx收購了一家名為Triscend的芯片公司，該公司曾經推出一款被稱為CSoC（Configurable System-On-Chip，可配置系統級芯片）的器件，其采用的也是一種“微處理器+可編程邏輯”的架構，而其中的CPU內核選用的是ARM7TDMI。對于這次并購，Xilinx公司亞太區高端產品市場經理梁曉明先生的解釋是“兩家公司在技術上的聯姻可以為Xilinx公司進入潛力巨大的嵌入式市場提供支持”，但這背后的潛臺詞是否是“Xilinx也在考慮在可配置設計平臺中引入ARM架構”呢？讓我們拭目以待。
Triscend公司在被收購后，其CSoC產品線及既有客戶的支持交由其原先在中國的代理北京矽正電子技術有限公司（Zylogic Semiconductor Corp.）運作。CSoC也是一種市面上可見到的硬核可配置平臺產品。雖然在架構上與剛才介紹的FPGA廠商推出的平臺產品如出一轍，但在器件設計的理念上還是存在一些差異。總體來說，兩者最大的差別就在于FPGA廠商產品設計的出發點還是在可編程邏輯部分，而CSoC平臺則會更傾向于微處理器一邊，這就給器件中可配置功能的定義與劃分，以及開發工具的設計帶來差異。矽正電子大客戶經理王起龍在分析CSoC平臺特點時指出，與FPGA公司的硬核平臺比較，兩者最顯著的差異是在系統總線上。CSoC平臺在總線上采用了一種Selector技術，就是通過特制的ASIC電路進行硬件譯碼，而Xilinx的產品中譯碼的功能是需要占用系統可編程邏輯資源完成的，因此在這方面CSoC平臺具有更高的效率。這種以微處理器為核心的“傾向性”似乎更適合于嵌入式應用，CSoC平臺當初主攻的市場就是工控領域，由此也就不難分析出Xilinx對Triscend公司的興趣所在了。
圖1，由前Triscend公司推出的CSoC器件中集成了一個ARM7TDMI芯核，其ASIC的成分與可編程邏輯電路對硅資源的占用比例基本上是根據“二八”原則設置的。
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