SoC FPGA采用64位ARM核背后的“硝煙”

　　FPGA兩大業(yè)者Xilinx與Altera戰(zhàn)火已經(jīng)燃燒到了最先進制程領(lǐng)域。Altera在今年6月宣布將采用這一工藝生產(chǎn)下一代SoC FPGA產(chǎn)品Stratix 10以來，這款最新產(chǎn)品的技術(shù)細節(jié)一直備受關(guān)注。而今懸念終于揭曉，Altera透露了Stratix 10核心架構(gòu)組成，其中CPU將采用四核64位ARM Cortex-A53。這不僅意味著SoC FPGA的勝利，背后的玄機還在于：ARM的競爭對手英特爾有能力針對ARM架構(gòu)的處理器產(chǎn)品進行量產(chǎn)，而且還是采用自家制程。依照過去的相關(guān)紀錄，英特爾從未有過針對ARM架構(gòu)的產(chǎn)品進行量產(chǎn)，此一舉動勢必牽動全球半導體產(chǎn)業(yè)的各大龍頭的策略布局。

　　英特爾是求全還是自救？

　　設計廠商基于ARM核的產(chǎn)品交由英特爾代工，與其服務器處理器進行廝殺，恐是市場未來走勢的指標。

　　在移動智能終端領(lǐng)域，英特爾一直在排兵布陣，但被強勁的對手——ARM和其構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)壓得有些喘不過氣來，而今卻又“左右手互博”——開始代工ARM核產(chǎn)品，是暫時性的求全還是權(quán)衡下的自救？先前英特爾新任CEO在接受國外媒體采訪時表示，英特爾并不排除代工非x86架構(gòu)的芯片，但這種說法在當時被視為一種空談，畢竟跨入晶圓代工領(lǐng)域已經(jīng)是相當罕見的作法，代工ARM架構(gòu)處理器的策略對于英特爾來說更是不可能發(fā)生的事。如今Altera已經(jīng)公開宣布此一消息，只是佐證了“沒有永遠的敵人，只有永遠的利益”。

　　此次Altera發(fā)布的Stratix 10采用了ARM最新的64 Cortex-A53內(nèi)核，而ARM推出Cortex-A53/A57這一系列64位處理器的目標市場就是進入更高端的通信、數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。一方面，在服務器等高性能計算市場，英特爾一向有著不可動搖的地位，在移動終端市場大獲全勝的ARM此次又劍指英特爾的優(yōu)勢市場，交戰(zhàn)升級不可避免。另一方面，如今英特爾已有能力針對ARM的64位架構(gòu)處理器進行量產(chǎn)，這也意味著只要取得ARM在64位架構(gòu)的處理器授權(quán)的IC設計廠商，英特爾都有機會成為其代工伙伴，這使得英特爾與ARM的關(guān)系更加微妙。這些設計廠商是否會將產(chǎn)品交由英特爾代工，然后在制造出芯片之后，在市場上與英特爾的服務器處理器進行廝殺，恐是市場未來走勢的重要指標。

　　英特爾近年來頻向FPGA廠商投出橄欖枝，從此前的Archronix、Tabula到Altera，這一方面英特爾轉(zhuǎn)向代工業(yè)務，需要找到量大面廣的產(chǎn)品來成就其業(yè)績，而FPGA無疑是一最佳選擇;另一方面隨著SoC FPGA的發(fā)展和應用的日益拓展，日后英特爾若將FPGA納入自己的產(chǎn)品線也將是“手到擒來”的事。Altera嵌入式處理營銷資深總監(jiān)Chris Balough提到，目前Altera和英特爾的合作僅限于工藝生產(chǎn)，但IC業(yè)界的事是“一切皆有可能”。

　　SoC FPGA將誰的軍？

　　SoC FPGA不斷在異構(gòu)的道路上“前進”，對傳統(tǒng)的MCU、DSP等市場造成一定的沖擊，未來格局將重新劃分。

　　SoC FPGA概念自出現(xiàn)以來，不斷在異構(gòu)的道路上“前進”，不僅大大拓寬了應用，獲取自身的成長空間，同時也對傳統(tǒng)的MCU、DSP等市場造成一定的沖擊，未來的格局也將在此消彼長中重新劃分。

　　Chris Balough介紹說，Stratix 10是強大的高端SoC FPGA，在業(yè)界首個使用了64位四核處理器，首個使用浮點運算DSP模塊，首個采用超過1G赫茲的FPGA的邏輯架構(gòu)。通過這種異構(gòu)集成，不僅可將系統(tǒng)成本降下來，同時使面積更小、功耗更低。在典型應用中，它們也各司其職，CPU通常承擔負荷均衡、流控制以及FPGA資源配置和電源管理等工作;DSP則主要完成浮點運算、矩陣預算和波形處理等功能;FPGA則完成各種數(shù)據(jù)和信號處理、橋接以及加密引擎等更復雜的數(shù)據(jù)處理功能。

　　Altera的SoC FPGA也將引發(fā)新的競爭。一方面，與老對手Xilinx的競爭在加劇。Xilinx已發(fā)布了基于20nm、雙核A9處理器的SoC FPGA，由于Xilinx由TSMC做代工，三柵極工藝正在研發(fā)中，因此工藝的升級、架構(gòu)的升級還需要等待。Chris Balough表示，Altera已經(jīng)就Stratix 10的IP授權(quán)和生產(chǎn)分別與ARM和英特爾達成協(xié)議，Stratix 10將于2014年第四季度交付流片。Xilinx還有一年左右的時間。

　　另一方面，SoC FPGA也會侵蝕一些處理器、DSP等市場?！霸谀承弥?，如果處理器在FPGA的周邊，我們的SoC FPGA就可將之取代。如果廠商提供的處理器是比較獨立的，則不會產(chǎn)生直接的競爭。而DSP產(chǎn)品也同樣如此。”Chris Balough指出。

　　為何采用Cortex-A53？

　　Stratix 10的FPGA性能實現(xiàn)2倍提升，功耗降低70%，CPU的吞吐量提高6倍以上。

　　基于強大的核心架構(gòu)，同時因為采用14nm工藝，Stratix 10的整體性能可以說很值得期待?！爱悩?gòu)計算是未來發(fā)展的一個趨勢?！盋hris Balough提到，“通過將ARM處理器、DSP和FPGA高性能集成，較之28nm工藝的SoC FPGA產(chǎn)品，Stratix 10的FPGA性能實現(xiàn)2倍提升，功耗降低70%。”

　　Chris Balough也提到，Altera之所以選擇ARM Cortex-A53作為CPU內(nèi)核，一方面是Cortex-A53是功效最高的ARM處理器之一，而采用14nm三柵極工藝實現(xiàn)后，其數(shù)據(jù)吞吐量要比當今性能最好的SoC FPGA還要高出6倍。Cortex-A53還具有很多重要的特性，例如支持虛擬化、256 TB存儲、支持ECC的L1和L2高速緩存等。這樣Cortex-A53內(nèi)核能夠運行在32位模式下，無需修改，就可以運行Cortex-A9上跑的操作系統(tǒng)和代碼，這樣Altera 28nm和20nm SoC FPGA客戶能夠平滑地進行升級。另一方面Cortex-A53的目標市場與Stratix 10重疊。借助4核Cortex-A53的架構(gòu)，Stratix 10可實現(xiàn)的典型應用包括數(shù)據(jù)中心計算加速中的異構(gòu)計算、網(wǎng)絡和傳輸中的智能線路卡以及雷達中的異構(gòu)計算等等。

　　同時針對日益復雜的SoC FPGA系統(tǒng)開發(fā)，Altera還實現(xiàn)了軟件兼容，提供公共ARM輔助支持系統(tǒng)工具和操作系統(tǒng)支持。Chris Balough介紹說，開發(fā)人員可采用業(yè)界唯一的FPGA自適應調(diào)試工具——具有ARM Development Studio5（DS-5）Altera版工具包的Altera SoC嵌入式設計套裝EDS，以及Altera面向OpenCL的軟件開發(fā)套件（SDK），通過OpenCL高級設計語言開發(fā)異構(gòu)系統(tǒng)，可大大加快調(diào)試周期。