再思考FPGA中的同构和异构设计架构

早在2001年，我曾写过一篇专栏文章，内容是关于在针对信号处理的应用中，采用异质结构设计所具备的优点。我的依据是：信号处理应用一般包括不同的数据速率、数据类型和算法；另外，针对这些不同需求有针对性地采用不同处理引擎，比一个以不变应万变的方法更有价值。当时，采用异构处理架构一般意味着采用两个或更多个芯片。

六年后，我们置身于追逐采用多核架构的潮流之中。这些芯片包含数以十计甚或数以百计的处理器，有时甚至包括类似FPGA那样的器件。此时，是采用同构还是异构处理元件的问题仍是个关键的设计决定，尽管在这种情况下，问题出现在芯片层面而非系统层面。

一般来说，同构设计便于使用且适合更广泛的一系列应用，但这些优点以性能和效率为代价。异构方案舍弃了一定的通用性和使用上的便利，但对其目标应用来说效率更高。从芯片供应商的角度讲，问题就变成：是把芯片设计得尽可能满足多种应用，还是只将其定位在一两个目标市场。

解决方法之一是：以一种相当通用的同构方法为出发点，然后，一旦该芯片找到细分市场且该市场已成型，则转向一个基于应用的专用异构方法。这就是picoChip所采取的策略：其最初芯片有一个高度类似的处理器阵列，而其最新芯片通过整合进专用协处理器，转而衍变为面向特定应用的产品。FPGA供应商Altera和Xilinx已从提供通用的具有“海量门”的芯片向整合了硬连线信号处理元件、存储器、处理器和专用I/O的芯片发展。

我相信，在嵌入式应用中，对从同构到异构整个范畴内的所有芯片划分来说都存在着大量机遇。对多核架构芯片供应商来说，关键是使架构迎合市场需要，并注意同构和异构架构的优劣权衡。