當(dāng)FPGA越來越像SoC，F(xiàn)PGA跟ASIC還有啥區(qū)別

　　隨著處理器被添加到傳統(tǒng)FPGA中，可編程性被添加到ASIC中，FPGA和ASIC的分界線日益模糊。

　　FPGA變得比之前更加流行了?，F(xiàn)在的FPGA不再只是查找表(LUT)和寄存器的簡單組合了，它已經(jīng)成為系統(tǒng)探索的架構(gòu)，以及驗證未來ASIC設(shè)計架構(gòu)的橋梁。

　　從基本的可編程邏輯器件到復(fù)雜的SoC器件，當(dāng)今的FPGA家族陣營極其龐大。在包括汽車和其它應(yīng)用的AI、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、航空航天、國防和工業(yè)自動化等各種應(yīng)用領(lǐng)域，F(xiàn)PGA使得芯片制造商可以在必要時以更新的方式部署實施系統(tǒng)。在這種標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和最佳實現(xiàn)仍然在探索中，而且要求具備成本競爭力的新興市場中，F(xiàn)PGA的靈活性至關(guān)重要。

　　這就是賽靈思決定在其ZynqFPGA中添加ARM內(nèi)核以創(chuàng)建FPGASoC的原因所在，Aldec市場總監(jiān)LouiedeLuna表示?！白钪匾氖?，供應(yīng)商已經(jīng)改進了工具流程嗎，這使得人們對Zynq產(chǎn)生了很大的興趣。他們的SDSoC開發(fā)環(huán)境看起來很像C語言，對開發(fā)人員很友好，因為應(yīng)用程序通常是用C語言編寫的。他們將軟件功能放到開發(fā)環(huán)境中，允許用戶將這些功能分配到具體的硬件上。”

　　其中有些FPGA不只是像SoC，他們本身就是SoC。

　　“他們可能包含多個嵌入式處理器、專用計算引擎、復(fù)雜接口以及大容量存儲器等，”O(jiān)neSpinSolutions綜合驗證產(chǎn)品專家MuhammadKhan說?！跋到y(tǒng)架構(gòu)師規(guī)劃并使用FPGA的可用資源，就像他們在ASIC上所做的那樣。設(shè)計團隊使用綜合工具將他們的SystemVerilog、VHDL或SystemCRTL代碼映射到基礎(chǔ)邏輯元素中。對于大部分設(shè)計過程來說，專門針對FPGA或ASIC或全定制芯片的設(shè)計差異正在減少?！?/p>

　　ArterisIP首席技術(shù)官TyGaribay非常熟悉這一演變?！百愳`思2010年開始在Zynq上實踐這種路線，他們定義了一款產(chǎn)品，把ARMSoC的硬宏納入到了當(dāng)時現(xiàn)有的FPGA中，”他說?！叭缓螅珹ltera招募了我做基本上同樣的事情。它的價值主張在于許多客戶都想要SoC子系統(tǒng)，但是SoC的特性尤其是處理器那部分并不適合綜合到FPGA中。將這種級別的功能嵌入到實際的可編程邏輯中令人望而卻步，因為它幾乎用盡了整個FPGA的資源。但是它可以作為整個FPGA芯片的一小部分或一小部分，作為一個硬性的功能而存在。雖然你沒有為SoC提供真正可重構(gòu)邏輯的能力，但是它們可以通過軟件編程，以這種方式改變功能?！?/p>

　　“這意味著，這種結(jié)構(gòu)可以同時具備軟件可編程功能、硬宏和硬件可編程功能，他們可以一起工作，”他說。“這類期間有一些相當(dāng)理想的目標(biāo)市場，尤其是在低成本的汽車控制領(lǐng)域，在這種系統(tǒng)中一般都會以中等性能的微控制器搭配FPGA，現(xiàn)在客戶會說，‘我現(xiàn)在可以將整個功能放到FPGA芯片的硬宏上，以減少電路板空間，減少BOM并降低功耗?！?/p>

　　這也符合過去30年FPGA的發(fā)展趨勢。最初的FPGA只是可編程結(jié)構(gòu)和一組I/O。隨著時間的推移，內(nèi)存控制器、SerDes、RAM、DSP和HBM控制器都慢慢地被硬化了。

　　Garibay說：“FPGA供應(yīng)商一直在繼續(xù)增加芯片面積，同時也在繼續(xù)增加越來越多的硬邏輯，這些邏輯被相當(dāng)大比例的客戶群普遍使用?，F(xiàn)在，這些硬邏輯轉(zhuǎn)變成軟件可編程器件。在ARMSoC之前添加的大多數(shù)東西都是不同形式的硬件，主要與I/O有關(guān)，但也包括DSP，DSP有足夠的應(yīng)用計劃，因此，通過將DSP硬化，可以節(jié)省可編程邏輯門?！?/p>

　　市場可能性

　　這種方式基本上已經(jīng)把FPGA變成了具有多種可能性的瑞士軍刀。

　　“如果你往回看，F(xiàn)PGA只是一堆LUT和寄存器，而不是門，”NetSpeedSystems市場和業(yè)務(wù)開發(fā)副總裁AnushMohandass說。“這里有一個典型問題。如果您將任何通用器件和專用器件進行比較就會發(fā)現(xiàn)，通用計算可以提供更大的靈活性，而專用計算可以提供性能或效率優(yōu)勢。賽靈思和Altera一直試圖越來越多地融合通用計算和專用計算，他們注意到，幾乎每個FPGA客戶都擁有DSP和某種形式的計算。所以他們在FPGA里面加入了ARM內(nèi)核、DSP內(nèi)核，還加入了所有不同的PHY和常用模塊，他們把這些東西硬化了，使得效率更高，并且性能曲線變得更好?！?/p>

　　這些新功能為FPGA在各種新興市場和現(xiàn)有市場中發(fā)揮重要作用打開了大門。

　　“從市場角度來看，您可以看到FPGA肯定會進入SoC市場，”Synopsys的高級營銷總監(jiān)PiyushSancheti表示?！笆亲鲆粋€FPGA還是做一款成熟的ASIC牽扯到經(jīng)濟問題。它們的界限開始變得模糊不清，我們看到越來越多的公司-特別是在某些市場上-正在在量產(chǎn)階段使用成本更低的FPGA?！?/p>

　　從歷史上看，F(xiàn)PGA主要用于原型階段，在生產(chǎn)用途而言，它僅限于航空航天、國防和通信基礎(chǔ)設(shè)施等市場，Sancheti說?！艾F(xiàn)在市場正在擴展到汽車、工業(yè)自動化和醫(yī)療設(shè)備?！?/p>

　　AI：一個蓬勃發(fā)展的FPGA市場

　　一些系統(tǒng)供應(yīng)商/OEM采用FPGA，希望優(yōu)化其IP或AI/ML算法性能。

　　NetSpeed的Mohandass表示：”他們想要打造自己的芯片，對其中很多人來說，做ASIC可能有點嚇人。他們也可能不想花費3000萬美元的晶圓成本來獲得芯片。對他們來說，F(xiàn)PGA是一個有效的切入點，他們擁有獨特的算法、自己的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，他們想要工程化，看看它是否能夠提供他們所期望的性能?！?/p>

　　西門子子公司Mentor的CatapultHLS綜合與驗證高級產(chǎn)品營銷經(jīng)理StuartClubb表示，目前AI應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)是量化?！靶枰裁礃拥木W(wǎng)絡(luò)?我如何建立這個網(wǎng)絡(luò)?什么樣的內(nèi)存架構(gòu)?即便你只有幾層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)你獲得很多采用若干系數(shù)的數(shù)據(jù)之后，很快就會轉(zhuǎn)化成為數(shù)百萬個系數(shù)，存儲帶寬也會變得非?？植?。沒有人真正知道正確的架構(gòu)是什么。如果你不知道答案，你肯定不會直接上來就設(shè)計一個ASIC。”

　　在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，最常見的問題是密碼標(biāo)準(zhǔn)似乎一直在變化。Mohandass表示：“與其嘗試構(gòu)建一顆ASIC，不如將密碼引擎放在FPGA中設(shè)計?！盎蛘?，如果您在全球網(wǎng)絡(luò)中進行任何類型的數(shù)據(jù)包處理，F(xiàn)PGA仍然能夠為您提供更多的靈活性和更多的可編程性。這就是靈活性的用武之地，他們也已經(jīng)利用了這種靈活性。你可以稱之為異構(gòu)計算，它看起來仍然像一個SoC?！?/p>