TI說要終結FPGA，真的能實現(xiàn)嗎？ - 全文

　　前段時間，TI（德州儀器）曾表示將用一種解決方案終結FPGA——人們對此看法不一——我們試圖在本文中做一些更為深入的探討。

　　TI已經(jīng)向FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）下戰(zhàn)書了，其正在研究一種結合了多核ARM處理器、數(shù)字信號處理器（DSP）和多可編程硬件加速器的特殊用途處理器系列，TI宣稱該系列處理器能夠取代FPGA，而FPGA社區(qū)目前主要由Altera和Xilinx把持。TI能完成這一壯舉嗎？FPGA就像是一塊空白的石板，能夠解決任何高速計算的問題，但相對價格較高，編程較為困難，而且比較浪費資源（在大多數(shù)FPGA設計中，通常不會用到FPGA的每個門）。

　　另一方面，TI還必須將這一系列擴展到整個FPGA的市場范圍。這能夠完成嗎？我們詢問了TI、Altera和一些分析師，然后我們將他們的觀點在下面進行了一些梳理。（另外，我們也向Xilinx提出過問詢請求，但得到的答復是“無可奉告”。）

集成了11.3 Gbps收發(fā)器的Altera Stratix IV FPGA芯片

　　“在我看來，TI的產(chǎn)品很有趣很有前瞻性，因為其針對現(xiàn)有的解決方案提供了兩個有針對性的解決方案：該方案在保證了大致相當?shù)男阅艿耐瑫r還實現(xiàn)了更低的成本和更低的功耗，這對于該方案在軍事和工業(yè)領域的應用奠定了基礎。在這一點上，該解決方案不能能夠提供更為便攜式的方案，同時還為現(xiàn)存設備的FPGA的更替提供了有效的方式?！盨trategic Technologies Practice的主任Asif Anwar說，“另一條戰(zhàn)線可能是在GGPU（通用圖形處理單元）上。”

Altera HardCopy II 230 ASIC（專用集成電路），與Stratix II FPGA兼容。

　　據(jù)Anwar講，基于GGPU相關的COTS（商品化的產(chǎn)品和技術）也被用來作為FPGA和ASIC的一個替代選項，尤其是在需要以同樣的方式處理大量數(shù)據(jù)的應用中，比如說SAR（合成孔徑雷達）圖像。Anwar說TI的SoC也能應用到這一領域，而且同時還提供了更強大處理性能；這對于消費者來說是一個更為理想的解決方案，而不必使用FPGA，但是因為成本的關系，該方案中使用了GGPU作為一種“還算足夠好”的解決方案。

　　“值得強調的一點是，GGPU上有一種固有的限制，使得他們并不適合靈活性更高的應用中，比如說電子對抗戰(zhàn)（EW）。而TI的解決方案應該能夠處理EW系統(tǒng)中對復雜性的要求。TI的解決方案能取代FPGA嗎？那是肯定的，當然，F(xiàn)PGA仍在一些特定市場是非常關鍵的，比如說太空領域，這是FPGA和ASIC的戰(zhàn)場。我不認為這一過程是能一蹴而就的，但是如果TI能夠提供一整個系列的解決方案，那么可能很快這些解決方案就將具備蠶食FPGA市場的能力。”

　　另一方面，一些分析師也聽說TI正嘗試用一個異構處理器系列取代已有的FPGA，即使只是在某些特定的應用中。

　　“簡單地說，TI夸大了自己的情況。”分析公司The Linley Group的Linley Gwennap說。

Xilinx XC2064 FPGA首先使用LUT（查詢表）。

　　Linley指派了一位分析師Jag Bolaria為我們解釋該公司結論的更多細節(jié)。

　　“TI的定位是很不錯，而且它也能取得一定的FPGA市場?！盉olaria說，“TI將會取代一部分FPGA應用。TI的器件憑借更好的能量效率和更好的門使用率為其國防方面的應用贏得了可能，其門利用率的優(yōu)化可以低至50%。”

　　然后Bolaria提出了更重要的觀點，而這可能就是Linley的觀點和TI的期望之間的分歧。

　　“但TI的設備并沒有可編程邏輯，事實上其并不能完成FPGA的所有工作，F(xiàn)PGA使用的是可重構邏輯。TI的設計能在需要ADC/DAC的設計中取代FPGA。在穩(wěn)定的設計中——即設計中的改變是可預測的，這是FPGA的優(yōu)勢就更為明顯?！?/p>

　　話說TI不具備可編程邏輯是不正確的，但TI并未就此指控做出直接回應。

　　TI的通信處理器業(yè)務開發(fā)經(jīng)理Robert Ferguson說：“66AK2L06有可編程的內核——其中ARM、DSP和硬件加速器都是可編程的——而FFTC（快速傅里葉變換協(xié)處理器）、DFE（數(shù)字前端）和NetCP（網(wǎng)絡協(xié)處理器）/安全硬件都是可以被用戶編程的，而且包含由邏輯，尤其是考慮到DFE的價值以及其在信號鏈中從ADC到66AK2L06中扮演的角色?！?/p>

　　Linley的資深分析師Tom Halfhill卻并不認同，他毫不含糊地指出TI在謊報自己的芯片。他說：“TI的芯片沒有可編程邏輯。TI的芯片能否取代FPGA還需要一項一項逐一篩查。有的情況，F(xiàn)PGA確實能被取代，但也有的使用場景仍然是FPGA的。至少FPGA在兩個方面不會落敗：一個需要小批量定制的解決方案，沒有必要設計ASIC時；以及解決需要比傳統(tǒng)的DSP更高的信號處理性能時?！?/p>

　　Halfhill承認TI的信號處理和數(shù)據(jù)收集技術在其設計中一定能夠有所裨益，但他們最先推出的一系列產(chǎn)品肯定不具有顛覆FPGA的實力。

　　他說：“TI正在推廣用于數(shù)據(jù)收集應用的芯片，比如可能會用到DFE、JESD204B和DSP內核的雷達和聲吶中。一些系統(tǒng)設計中可能使用FPGA實現(xiàn)這些功能，所以在這些案例中，66AK2L06能夠取代FPGA（或自定義ASIC）。”

　　Altera簡單評價了Linley Group關于FPGA面對TI的挑戰(zhàn)時所作的相關評論，并試圖總結FPGA相比于TI的解決方案的優(yōu)勢，從而對Halfhill的評價進行延伸。

　　Altera戰(zhàn)略技術營銷經(jīng)理Trung Tran說：“隨著具有先進信號處理要求的高性能系統(tǒng)的不斷發(fā)展，設計師需要更強的FFT（快速傅里葉變換），還需要32甚至更多的信道以完成更為復雜的大規(guī)模并行計算。FPGA是這些應用中的理想的解決方案，因為FPGA的靈活性更高，而且它們能為客戶帶來最先進的工藝節(jié)點和最前沿的技術?！?/p>

　　另外其他的分析師還有另外的一些更大局的看法，即異構內核處理器和專用內核處理器將怎樣影響Altera、Xilinx和其它FPGA供應商？比如說，英特爾的Xeon接受內部封裝了Altera FPGA的預定，這導致市場傳出了英特爾收購Altera的傳聞。

　　“TI現(xiàn)在正在做的事情很多FPGA公司都已經(jīng)做過了，即增加異構內核。TI的66AK2L06有可能在高速通信等相關領域取代FPGA，但FPGA公司已經(jīng)看到對片上可編程內核的需求，這也能在相同的應用領域發(fā)揮效用，盡管可能價格相對較高一點?！?br />

　　關于TI 66AK2L06到底能適合那些應用，其它的分析師也提供了一些有理有據(jù)的意見。

　　Semico Research Corp.高級分析師Richard Wawrzyniak說：“TI的器件相對于FPGA有優(yōu)點也有缺點。TI確實能獲得一定的市場份額，但除此之外，F(xiàn)PGA更好。一個FPGA能夠解決的問題同樣可以用TI的芯片來解決；而FPGA的成本高出一倍，消耗的功率也可能不止12W，可能會達到20W。”

使用2.5D堆疊硅片互聯(lián)技術的Virtex-7 2000T FPGA，其上有60億個晶體管。

　　但他補充說TI要想完全取代FPGA還有很長一段路要走，尤其是考慮到設備的尺寸、價格、功耗方面的問題——功耗必須要和尺寸、重量和價格達到相對的平衡。

　　“如果TI系列最終能夠提供更強的處理能力、更便宜的價格和更有優(yōu)勢的功耗表現(xiàn)，比如說功耗能降到2W，那么它就有可能在每一個領域都取代FPGA。但在我看來，TI在高端FPGA市場的作為可能不會太大，他們將更專注于降低功耗水平。目前TI的設計中已經(jīng)有很多的新資源，能比FPGA做得更多，所以毫無疑問其將會切入FPGA的市場，尤其是一些數(shù)據(jù)加速和安全應用中?！盬awrzyniak說。

　　一位分析師稱TI的動作只是從之前的各種專門方法向標準驅動方案的電子產(chǎn)品進化的一部分。據(jù)IHS科技公司的MCU&MPU高級分析師Tom Hackenberg說：“TI的市場表現(xiàn)將會對FPGA的特定應用市場產(chǎn)生競爭性的影響。不過，卻并不會成為真正的威脅，因為其本身也是系統(tǒng)設計的競爭演化周期的一個自然組成部分?！?/p>

　　據(jù)Hackenberg說，這個設計周期有如下趨勢：

　　先是由許多分立元件和模擬前端（如無線電和傳感器）構成的新應用。接下來模擬元件換成了數(shù)字組件，其中有各種各樣的數(shù)字模塊，如內存、數(shù)字信號處理器、微控制器和處理器。

　　據(jù) Hackenberg說，現(xiàn)在隨著產(chǎn)量的增加，使用標準組件的技術開始被吸納到更復雜和更高效的方案中，許多模擬前端功能都換成了數(shù)字前端，從而避免了濾波器和信號調制的需求。邏輯組件開始開始配置在FPGA和DSP中，尤其是模數(shù)轉換和邏輯單元。而內存也開始集成到微控制器和專用的處理器中。

　　隨著產(chǎn)量的繼續(xù)增加和標準化的持續(xù)，片上系統(tǒng)解決方案吸收了更為復雜的解決方案。模擬前端變成了模數(shù)轉換中最簡單的功能，其它的都交給了DFE。

　　據(jù)Hackenberg：“在產(chǎn)量帶來的規(guī)模效應實現(xiàn)的時候，F(xiàn)PGA也面臨著來自其它邏輯組件的競爭，如ASIC和ASSP（專用標準產(chǎn)品）。而在這進化周期的后期階段，邏輯組件（包括FPGA、ASIC、和ASSP）與DFE經(jīng)常被吸納到SoC中。處理器通過將更多的子系統(tǒng)集成而實現(xiàn)性能的提升和加速，同時也能通過配置保持靈活性。”

不管設計的復雜性，F(xiàn)PGA可以運行任何使用HDL語言（Verilog或VHDL）編寫的數(shù)字系統(tǒng)。

　　這就是TI的異構內核解決方案的進化情形——即Hackenberg所謂的“將這些新應用帶到下一階段?！?/p>

　　“TI 66AK2L06系統(tǒng)芯片是應用處理器、DSP、JESD204B和可配置邏輯的混合，這樣就能靈活地實現(xiàn)一個數(shù)字前端的許多不同應用，這是一個很好的解決方案，并且在其目標市場（航空&國防、測試&測量和醫(yī)學成像等需要在其數(shù)字前端和處理器之間用到一個或多個模擬或邏輯組件的應用）上有巨大的應用潛力。今天的FPGA能夠輕而易舉地處理大量的并行通道，是因為他們的們結構可以專用于復制這些串行數(shù)據(jù)輸入，并以很高的數(shù)據(jù)率進行濾波。”Hackenberg告訴我們，“但66AK2L06有潛力消除模擬信號接收器和處理器之間的組件，從而在大多數(shù)使用場景中達到節(jié)省功耗和空間的目的，而根據(jù)組件成本和開發(fā)時間的不同，開發(fā)成本也會有所降低。”

　　是什么一直在保持FPGA市場的活力？據(jù)Hackenberg說，是采用的新設計和新應用可以首先上市，然后整個過程又能在另一個應用中重新開始。

TI 66AK2L0是旨在取代FPGA的第一個系列

　　“一些市場對并行處理的量要求非常高，如電信和視頻內容處理，這些市場對FPGA的使用時間可能會更長更廣泛，因為這里的并行處理的數(shù)據(jù)量非常大，而相關的標準還在不斷發(fā)展。一些應用卻永遠不會有足夠的量來保證ASSP/ASIC和最終的TI SoC的開發(fā)成本。這就意味著FPGA的市場還將繼續(xù)保持活力，但TI也將帶著其66AK2L06進入下一個應用階段?！?/p>