新出现的SoC FPGA上的策略考虑

FPGA在嵌入式系统中的应用

在2000年，对于大部分嵌入式系统应用，FPGA还是相对比较昂贵的器件，结果，与相应的 CPLD或者 PAL相比，其应用相对较少。然而，在过去十年中，基于 SRAM的 FPGA在降低成本上超越了CMOS，由此，EE Times年度嵌入式调查表明，接近50%的嵌入式系统采用了FPGA。SoC FPGA最显著的优势是成本比分立器件低很多，芯片供应商有很大的市场机会来获得投资回报。

摩尔定律的经济现实

摩尔定律显得越来越“昂贵”。开发高级 CMOS半导体的制造设施成本大约在60亿到10亿美元。由于需要4千万美元的成本来开发新半导体器件，因此，在典型的利润模型中，半导体器件应能够获得 1亿美元的毛利润，20%的收益要花在研发上。典型的毛利润是50%时,企业至少要占据2亿美元的市场份额。除了消费类电子、移动电话和 PC之外，很少有能够达到这一规模的应用市场，因此，单一目的或者固定功能的器件很难获得投资回报。在今后的工艺技术中，高级半导体的成本会越来越高，这一成本结构使得开发固定功能半导体器件很难获得较好的经济回报，这表明在可编程逻辑技术上的投入会越来越多，而专用 ASSP和CPU等固定功能器件的投入会越来越少。SoC FPGA有潜力应用于很多市场领域，将会获得更多的投入。

CPU在体系结构上的增强

嵌入式处理这一术语涵盖了多种应用，从对成本非常敏感的4位处理器到非常复杂的多核64位处理器。相似的，这种广泛的应用一直支持各种类型的处理器、操作系统和软件供应商。与 2000年相比，这种广泛性在2011年表现出很大的不同。对于其规模和多样性而言，嵌入式市场总体上向速度更快、功能更强的处理器发展；例如，16位微控制器逐渐被 32位CPU替代。同时，四种应用最广泛的体系结构进一步增强了对32位 CPU系列的支持，这些体系结构包括：ARM .、MIPS .、PowerPC.和x86。之所以对其进行增强，主要是因为软件特性和功能重用。结果，采用了这些CPU体系结构之一的 SoC FPGA能够占据更大的市场，因此，供应商更愿意在这类半导体上加大投入。

平台效应

生产商、用户和辅助支撑系统在产品上彼此之间会有影响时，就会出现网络效应, 或者称为平台效应。平台效应的基本原理是某一种产品或者标准的应用越多，它在用户基础和辅助支撑系统中的价值就越高。结果，用户基础和辅助支撑系统就会在这种技术上加大投入，从而吸引更多的应用，产生一种自我增强的良性循环。熟悉的例子包括PC、视频记录格式和社交网站等。

一般而言，有可能产生自我增强循环的产品将会在这种循环中不断发展，这是因为参与到新产品中的所有成员都会获得较高的 ROI。平台一旦开始启动后，它会吸引更多的投入，活跃的市场很快就会转向这一标准。

SoC FPGA极有可能看到这种平台效应。随着 SoC FPGA的不断发展，用户将非常愿意重新使用他们在多种系统中使用过的 FPGA IP和设计软件。例如，CPU辅助支撑系统中的成员愿意尽可能少的去学习 FPGA开发工具，而 CPU供应商则希望减少 FPGA开发工具的数量。结果，支持多家供应商和CPU体系结构的SoC FPGA平台很有可能触发这种平台效应，帮助这些用户和辅助支撑系统成员获得很大的优势。

Altera的方法

Altera在嵌入式系统上进行了多年的创新投入后，已经启动了“嵌入式计划”，目的是建立一个基于一种FPGA设计流程方法的多家供应商、多CPU体系结构SoC FPGA平台。FPGA设计流程方法可以用作多种 SoC FPGA的基础，以及使用软核 CPU和其他软核IP的SoC解决方案。可以从Altera获得 ARM (硬核 )、MIPS (软核)和Nios . II (软核) CPU，而 Atom E6X5C可配置处理器由 Intel提供。这种集成方法在一种 FPGA体系结构和设计流程中统一了三种主要的CPU体系结构以及最流行的基于FPGA的软核CPU。

推动创新

FPGA设计流程集成方法旨在激励辅助支撑系统从主要处理器体系结构转向投入单一FPGA平台和工具流程，从而带来丰富的工具、应用软件、操作系统软件和专业知识支持。随着数百家全球辅助支撑系统成员在 CPU体系结构上的投入，这一 FPGA平台及其越来越多的工具、软件和IP应用越来越广泛，对系统设计人员越来越重要，表明其价值定位将促进应用，从而推动了良性平台循环。

提供功能强大的工具和 IP

这一多供应商平台的关键组成是对 FPGA逻辑进行编程的 Quartus. II软件流程。除了这些优点，Quartus II软件还包括 Qsys系统集成工具，它采用了 Altera的第二代交换架构技术，用于加速软核 IP的开发、重用和集成。基于 GUI的 Quartus II软件有免费的网络版和拥有完全许可的版本，其设计流程包括系统设计和时序收敛方法、在系统验证以及第三方 EDA工具支持，满足了效能和性能需求。