發布日期：2022-07-14 點擊率：58
如果你想了解半導體產業的未來，你必須得了解半導體產業里的主流廠商的動向，如果你想了解這些主流廠商的未來，你必須和他們的CTO交流了解他們在做什么樣的產品規劃。從1984年全球第一顆FPGA誕生到現在，FPGA的應用日益廣泛，那么，FPGA未來將有什么發展？它將給我們的生活帶來什么革命性的新應用？它給未來電子產品設計帶來什么影響？在電子工程專輯網站對Xilinx的CTO Ivo Bolsens的獨家專訪中，你可以尋找到答案。
未來的FPGA
“到2011年，半導體制造工藝將采用32nm節點，芯片制造商可以制造包含數十億個晶體管的單芯片產品，而采用這種工藝的FPGA會包含一億個可編程邏輯門，而且FPGA平臺會采用創新的封裝技術將存儲器、模擬混合信號電路、通用接口、傳感器、各種I/O集成到一起，這樣的FPGA會成為許多電子產品的核心?！?Bolsens強調。
他以具體的數據來證明這個推測，“從1999年到現在，現在的FPGA和99年的相比，成本降低了500倍，容量提高了200倍，功耗降低了50倍，速度加快了40倍。我們預計到2010年，FPGA的價格會降低5倍，容量會增大5倍，速度提高5倍，在單位功耗上會有更多的功能，從這個趨勢可以看出未來FPGA的價值會越來越高。目前FPGA已經用于各種各樣的應用。在最新的Virtex5的器件里面有10億以上晶體管，除了可以編程以外還有很多硬核在里面，例如最新的PCIe總線和高速以太網的總線等，還有高速串行收發器以及成百的DSP模塊?！?/p>
實際上，這樣的FPGA已經演變成一種可編程系統平臺，他稱之為“虛擬SoC”。
他表示這樣的FPGA甚至集成光器件，因為那時的FPGA不僅處理能力很強大，還因為集成的芯片眾多，需要傳輸高速的信號（可達Gbps水平），所以自然需要光器件來傳輸信號。所以Xilinx未來會考慮將光器件也集成到FPGA里面。
當然，他也表示，FPGA將繼續集成更多的DSP硬核，以應對3G、高清安防、高清視頻的需求。目前，在Xilinx Virtex5中已經集成了640個DSP slice硬核，可以在550MHz頻率下達到352GMAC的性能！未來，FPGA的DSP處理性能會更高！
伴隨這些激動人心的性能提升的同時是FPGA價格的大幅度降低，Bolsens表示：“我們預計在2010年的時候50萬個門的價格會在1美元左右。”由此，必然引發產業在設計上出現變革，“我們的客戶可以直接做非常復雜的SoC，而不用擔心價格上的挑戰。客戶可以把它的精力集中在真正的價值附加上，比如體系結構的設計，系統軟件以及系統驗證上面，這其實是我們客戶的價值所在，這會給半導體行業帶來一個新的演進?！?/p>
回顧歷史，半導體產業逐步走向細化，70年代的半導體公司包攬了設計的各個環節，到80年代，EDA軟件和FPGA興起，讓一部分工作外包，到90年代，代工業興起，再次讓芯片制造外包?！按笕萘看笠幠８叨葟碗sFPGA的引進使這個產業再次分化，設計實現這個行業又分離出來了，而一個公司真正要做的就是對設計的特性定義和對系統的定義。”他表示。
這樣的發展也必然引發設計方法學的變遷，Bolsens 預測：“今后軟硬件可編程性最終會合到一起，這個也是我們賽靈思后面發展的重點之一。就是讓大家最后用FPGA的時候感覺起來就像在用軟件一樣?！?/p>
在最近參加一次Altium公司的研討會上，(Altium中國深圳路演，推廣嵌入式開發新概念)我們注意到Altium公司的最新產品Altium Designer6.8已經增加了很多新功能，基本可以實現系統級開發，就是開發人員只要提供系統的框圖，該工具就可以實現最終的電路。所以Altium公司的技術人員宣稱：“任何不懂FPGA的人員，只要經過半天培訓就可以熟練進行開發！”顯然，這是FPGA應用開發的一大進步！“通過FPGA，可以真正實現軟硬件協同設計！” Bolsens這樣強調。
器件以及開發工具的發展都是為最終應用服務的，新一代的FPGA可以為我們帶來哪些激動人心的應用呢？Bolsens表示：“融合了話音、數據和視頻業務的三重播放（Triple-play）業務是未來FPGA的用武之地?！彼M一步解釋說：“要實現三重播放，其技術推動力來自于三個方面。第一數字信號處理，它是對數據進行處理的，第二是包處理，也就是對數據進行傳輸，最后一個推動力就是高速運算，它是對數據進行分析的。這三個技術使三重播放從可能變成現實。在實現三重播放方面FPGA擔任了非常重要的角色，三重播放基礎設施的支持主要是由我們高端器件來支持的。而且三重播放涉及到眾多的標準和協議，這也是適合FPGA來完成?！?/p>
新的FPGA帶來的另一個應用就是可重構系統（Reconfigurable System），這個誕生于上世紀五六十年代的概念由于受到硬件等諸多方面條件的限制，直到上個世紀九十年代中期，可重構計算技術逐漸成形并成為研究熱點?，F在隨著FPGA器件的發展，這個構想終于可以實現了。“美國一些公司已經實現了基于可重構技術的產品！”美國楊百翰大學(Brigham Young大學(BYU))電機與計算機系副教授Michael J. Wirthlin表示。
不過目前這項技術還主要應用在軍事和航天領域，如美國國防先進技術研究計劃署（Darpa）項目官員就把美國國防部目前所使用的嵌入式計算項目描述為“靜態”的，它依賴基于固定架構的、已將現有軟件性能發揮到極至的硬件驅動型“點方案("point solutions)”。一份Darpa項目這樣描述道：“靜態方式缺乏滿足動態任務要求的多樣性，其所導致的性能下降或差強人意的匹配處理性能結果將損害我們的戰斗力?！?Darpa認為可重構處理器或可重構計算架構是解決這個挑戰的關鍵。
Wirthlin表示目前可重構系統的成本還比較高，還難以應用到消費電子領域，但是未來，在消費電子中采用這個新技術是完全可能的。Bolsens也表示可重構系統可以重構硬件功能，但是對FPGA來說，重構系統意味著要下電重新啟動電路，這對FPGA是一個挑戰，但是我們可以換個形式實現可重構系統，例如目前在可重構系統應用的一個例子是軟件定義無線電，用FPGA去實現這個功能已經達到實用水平。他強調FPGA是實現可重構系統的最佳器件。
Bolsens表示新的FPGA也給設計人員的帶來一些挑戰，就是設計人員不但要了解FPGA的具體結構，還要具備系統級的開發概念，也要了解軟件方面的知識。 在這方面Xilinx一直和合作伙伴在努力幫助設計人員克服這些設計條挑戰，他表示未來Xilinx要推出一個交鑰匙的方案，比如在視頻、無線方面都能夠提供解決方案。在交鑰匙方案的基礎之上再根據市場要求，做一些市場定制的平臺，例如針對汽車電子所做的專用平臺等。即從通用應用到垂直應用都覆蓋。他也透露Xilinx將以開發更多參考設計和開放源代碼的形式支持設計人員的開發，目前Xilinx已經在中國各大學加強大學計劃推廣，并推出了供設計人員交流開發源代碼的專門網站。去年，Xilinx推出了旨在鼓勵FPGA創新的7500萬美元基金，已經收到了良好的效果，他透露目前Xilinx在和包括清華大學在內國內多家研究機構、大學和創新公司進行合作洽談
