FPGA的发展现状如何?

     
　　近日，FPGA主要厂商之一赛灵思公司推出领域目标设计平台（参加赛灵思同时推出六大领域优化开发套件），旨在帮助开发人员在FPGA 设计时专注于产品创新与差异化，缩短产品开发周期。赛灵思全球营销与业务发展产品营销总监Brent Przybus和亚太区市场与应用总监张宇清专程来到北京，向媒体介绍赛灵思公司和FPGA的发展状况，以及领域目标设计平台如何简化设计、缩短开发时间。
　　张宇清介绍说，FPGA可编程的应用领域非常广泛。除了工业、通信和消费类传统领域以外，还有一些新的领域。如绿色IT，很多太阳能控制等项目开始在使用FPGA；云计算是一个热门话题，如果要提升计算能力，单单提升总频已经不够了，这恰恰为FPGA的发展提供了空间。
　　
　　图一：FPGA进入新的应用领域
　　赛灵思公司成立于1984年，迄今已有25年历史，当前市场份额超过51%，与去年持平，张宇清称这个数目比业界其他所有FPGA厂商的总合还要多。赛灵思的专利数已经从去年的1300多项增加到现在的超过2000项，超过2万个客户。工艺方面，目前赛灵思65纳米线宽产品超过98%，45纳米的Virtex-6是业界第一个45纳米FPGA。张宇清称，现在基本确定未来五年不大会有其他公司推出45纳米的产品，所以Virtex-6是唯一一个45纳米的低成本FPGA。
　　单就FPGA来说，赛灵思的市场份额高达53%，亚太地区（包括中国）占整体营收的35%，这个比重超过以往任何时期，与北美地区相同。从市场分布来看，通信占46%，工业和其他占31%。Virtex-6和Spartan-6是最新一代的器件，从下个月开始量产。Virtex-6是高端器件，Spartan-6是大批量的器件。
　　传统上，FPGA一般都应用于比较小的市场。FPGA未来的任务就是占领主流市场。目前FPGA的主要应用领域如图2所示，主要集中在通信、工业、数据处理、汽车和消费等终端市场。
　　
　　图2：FPGA的终端应用市场
　　张宇清介绍说，赛灵思是第一家针对设计人员推出FPGA软件的公司。过去，所有的设计人员使用相同的软件，无论是DSP工程师、软件工程师还是系统工程师，他们使用的都是同一个软件。赛灵思现在推出门针对逻辑设计人员而设置的软件、针对嵌入式设计人员的软件、针对DSP算法开发人员的软件，他们不需要了解太多的FPGA的架构，但是依然能够做FPGA设计。然后是系统集成工程师，他可能为了完成整个系统的集成必须了解每一个领域，无论是嵌入式还是DSP。最后是针对软件开发人员，他们一般比较熟悉C语言而不是HDL语言，使用赛灵思新的软件，他们也可以发挥他们的设计能力。
　　目标设计平台是赛灵思于今年2月份提出的一个理念。目标设计平台与通常的参考设计、开发板不同，它能够让设计人员更接近他的实际设计内容。有了这个平台，设计人员仅需花30%的时间做FPGA设计，而把大部分时间用于差异化设计，让客户有更多的时间专注于产品创新，缩短设计时间。
　　FPGA领域在不断扩张，最大的原因也是因为先进的工艺成本不断提高，造成结果是，必须有非常大的市场支持才能使巨额投资得到有效回报。所以，目前除手机等几个特大应用领域之外，其他领域越来越多地转向FPGA。标准芯片是FPGA非常强大的竞争对手，但张宇清认为两者的互补性多于竞争。
　　张宇清说，可编程逻辑可以帮助中国公司的创新。当中国的客户使用定制芯片的时候，IP核掌握在国外公司手里；但如果使用FPGA的话，这些IP核是属于中国公司的。作为创新平台，FPGA非常有效、非常实在，因为它可以用最先进的工艺让好的设计理念迅速得以实现，降低了国内中小客户的风险，让这些中小设计公司得以健康发展。
　　赛灵思6月份的时候推出目标设计平台的基础平台。所谓基础平台是指这个平台可以支持广泛的应用。现在推出的是专用领域的目标设计平台，分别针对DSP、嵌入式和连接这三个专用领域。这个平台的优势在于，它让一些以前没有用过FPGA的人可以接触到FPGA。连接和嵌入式套件已经推出，DSP套件将于明年1月份推出。
　　这些专用套件盒子里包括FPGA、FMC或嵌入式设计和一个演示设计。盒子里还包括软件套件，可以支持不同的开发流程，嵌入式或者高速连接的。跟以往赛灵思所推出的参考设计或6月份推出的基础平台不同，这次整个参考设计更接近最终产品本身，或者说客户可以直接把这个参考设计量产。它是非常接近量产的一种参考设计。
　　这些套件包含完整的文档、源代码和IP核。两个套件分为高端的Virtex-6（红色的盒子）和Spartan-6（蓝色的盒子）。针对不同应用（如无线电、工业控制、车载等）都可以使用嵌入式环境，其中Virtex-6是LX240T，Spartan-6是LX45T。下图为嵌入式目标参考设计的框图，绿色部分是硬核，咖啡色部分是它所带IP软核，每一个软核都可以支持应用，但是也少不了一个处理器，它支持不同的操作系统，不论是硬件还是软件的开发工程师，都可以开盒即用，拿到盒子就可以马上做设计了。
　　
　　图3：嵌入式目标参考设计
　　Przybus先生介绍了一个实际案例。这是一家开发通信产品的印度客户，他们要做一个报头压缩功能，他们过去用处理器来实现，后来发现数据量太大，系统已经不堪重负。于是他们来找赛灵思，希望通过FPGA来实现。
　　嵌入式设计目标设计平台让他们使用FPGA如同使用定制芯片一样。下图右边是赛灵思提供的参考设计，左边黄色部分是客户自己的一个创新设计。他们可以不需要去做我们提供的处理器的部分，而专注他们设计的部分，这样可以将他们整个设计周期缩短两个月。如果用传统的做法，他们必须要做处理器的初始化，然后才能开发软件。在嵌入式目标设计平台支持下，他们可以马上进行软件的设计。
　　
　　图4：采用嵌入式设计目标设计平台加速产品开发
　　连接的套件跟嵌入式套件非常相似的。连接目标套件有一个设计模块，当中有赛灵思提供的设计，也有赛灵思的伙伴西北逻辑公司提供的。西北逻辑提供DMA部分，这个重要的IP核与连接的IP核共同提供一个完整的PCIe协议。基于Virtex的一个千兆以太网的桥接当中就有该公司提供的IP核，客户设计的时候可以借助这个目标设计平台，不需要购买IP，直接采用参考设计就可以了（量产时需付费）。
　　Przybus做了一个演示。设想一个不具备FPGA知识的人，他用处理器做机顶盒的设计，今天刚刚买来这个盒子。他打开盒子之后看到里面有的简单介绍，告诉他怎么连接这个板子。他把这个板子直接接到电视上（不通过计算机）。计算机跟板子之间有一条以太网线，模拟电脑是通过上网来连接的。在板子上有一个服务器，键入这个服务器的IP地址就可以访问它了。这块板子就像网络的服务器。FPGA充当网络服务器的功能，代替处理器。一般来说FPGA是要经过配置才能启动，但这个人不懂FPGA，他只要打开就可以应用了。
　　赛灵思提供的开发软件支持软件工程师常用的C语言。在赛灵思提供的软件里，不单看到传统HDL语言，也可以看到C语言原代码。如果软件开发人员不懂得HDL语言，他可以直接修改C语言的部分，然后他可以直接在板子上，通过FPGA操作看到修改的结果。
　　传统硬件工程师也可以方便地使用这个平台。硬件工程师熟悉模块。赛灵思的开发界面有很多模块和线路图。传统的做法需要写一个代码，把它生成到FPGA里面，然后看结果对不对。现在不用这样了。比如他要增加一个接口，他把想要的接口直接拉过来就可以了，两秒之后加载完毕，然后定制接口，在板子上连接到什么地方，你打开一个图，整个FPGA作为一个处理器，跟周围接口一个界面实际看到的情况，都是非常完整的可以看到的，基本上这个设计已经做完了，没有看到任何代码编译。