Xilinx：FPGA向标准化虚拟SoC平台演进

“ 未来的FPGA，将会采用创新的迭堆式封装（SIP），即在一个封装里放多个裸片的技术，到那时，FPGA将成为一个标准的、虚拟的SoC平台来应用。”

半导体行业最让人称道的是，能把沙子做成比金子还要贵的产品，并且这个故事一直延续到今天。这也激发了人们的创新意识，并不断展示创新性思维将创新技术和融合技术给人们带来的奇迹。

FPGA向平台化方向发展

一年前，EDN China记者曾采访过Xilinx公司副总裁兼首席技术官Ivo Bolsens，当时Ivo Bolsens就表示过，目前的FPGA厂商只充当技术跟随者的角色已不能满足客户的要求，而是要根据市场发展的需求，不仅在器件生产技术和设计架构方面不断创新，还要在FPGA器件的扩展性、规模、速度、成本以及低功耗等方面都要得到进一步的提升，甚至于要超越摩尔定律的发展，这也意味着FPGA供应商的角色发生了根本性的转变。

前不久，当记者再次采访Ivo Bolsens时，他指出，未来的FPGA，将会采用创新的迭堆式封装（SIP），即在一个封装里面放多个裸片的技术。例如，将存储器、模拟混合信号电路、通用接口、传感器、以及高压I/O等技术集成在一起，以替代带有硬化IP的单个大型裸片。Ivo Bolsens透露，目前，Xilinx正在和几家厂商一起开发虚拟SoC平台。到那时，FPGA就不再仅仅是一个器件，它将成为一个标准的、虚拟的SoC的平台来应用。

Ivo Bolsens分析道，和1999年初期相比，FPGA的成本降低了500倍，逻辑容量提高了200倍，功耗降低了50倍，而速度加快了40倍。预计到2010年，FPGA在价格上还会继续降低5倍，容量会增大5倍，功耗会再降5倍，速度还会再增加5倍。从这个趋势可以看到，将来FPGA的价值会越来越高。到2010年，FPGA的工艺技术将从65nm发展到45nm、32nm，FPGA 解决方案的总体成本会低于 ASIC的总体成本，FPGA最高密度将达到100万逻辑单元，分等级的存储模块将达10 M Bytes on-chip，性能接近1 GHz，I/O 带宽达到 terabit 级别，DSP性能实现 1,000 GMAC/s，嵌入式处理器性也能达到3,500 DMIPS。FPGA除了可编程逻辑以外，它还将集成更多的IP硬核。例如，最新的PCIe和高速以太网总线、高速串行收发器以及成百个的DSP的模块等等。

Ivo Bolsens表示，FPGA技术发展趋势，也将会给整个半导体行业带来新的商业模式。他举例说，在FPGA中实现一个32位的微处理器，性能可达到每秒百万条指令，目前的价格只需要0.4美元。从价格上来说，目前 10万门的FPGA价格也就是2美元左右。预计到2010年，50万门的FPGA价格会在2美元左右。继续下去，今后100万门的FPGA价格也会降至2美元。这样，客户就可用FPGA来实现SoC，不用再担心由于价格问题给设计带来的挑战。“他们可把主要精力放在架构设计、系统软件设计以及系统验证和差异化等核心竞争力方面，这才是我们客户的价值所在，从而给半导体行业带来一个新的演进。”

FPGA与处理器的对等关系

今年，FPGA与DSP之争炒得沸沸扬扬，FPGA开始行使DSP的“职能”却是不争的事实。在这期间，大多数人还只是认为FPGA担当的更多的是协处理器的角色。

此次采访，Ivo Bolsens亮出他的观点， FPGA与处理器是对等关系。他指出，三网合一后，对计算的能力和复杂度要求越来越高。最开始第一阶段是把一个处理器和FPGA用PCI连到一起满足计算处理能力的要求。FPGA可以直接和主处理器连接，而不需要通过南北桥、总线来进行连接，而且FPGA在连接的时候还同时能够访问它的内存；第二个阶段是FPGA作为协处理器形式出现；最新的第三个阶段FPGA就以一个对等处理的角色出现，也就是说FPGA可以放到CPU的插槽上面，多核处理器可仿真老处理器，这是FPGA最新的一个应用。为什么把它叫做对等处理呢？就是说FPGA在多核系统里面，完全是和微处理器是一个平等的角色工作的。过去在老系统里面FPGA总是以从属的方式为主系统服务的，而目前FPGA地位已经上升成为平等、合作的伙伴关系。这种对等结构是非常新的，同时也有很多技术挑战，所以我们需和产业链的合作伙伴一起将这件事变得容易些，使对等处理变得更易于使用，这期间有一个非常重要的因素就是要有一个非常好的软件，用这个软件可以直接进行优化，实现目的。

FPGA的机遇

融合视频，音频，数据三重播放（Triple Play）业务，是未来FPGA发展的最好机遇。Ivo Bolsens说，对三重播放业务的部署是目前全球广播和电信行业的一个发展趋势，并将成为未来5年~10年驱动创新的主要动力， FPGA领域也是如此。实现三重播放的技术推动力主要来自于三个方面：第一个是数字信号处理，即对数据进行处理 ；第二是包处理，也就是对数据进行传输；最后是高速运算，就是对数据进行分析。这三个技术使得三重播放有可能变成现实。在实现三重播放业务中FPGA担任一个非常重要的角色。例如，对三重播放基础设施的支持产品主要是Xilinx高端器件Virtex系列产品，对于终端用户支持的主要是公司低成本和低功耗的Spartan产品。
Ivo Bolsens认为，设计支持三重播放业务的产品，从运营商到最终用户都非常具有挑战性，因为这些产品必须具备高性能、大容量、低功耗、低成本、上市时间短和市场生命周期长等特性，并且要能够灵活适应不断演进的标准和协议。这些挑战从而也使得PLD/FPGA 成为比ASIC 和ASSP更有优势的选择。

Ivo Bolsens期待，当新技术不断推出时，在每一个电子产品中都会有FPGA的身影。

Xilinx的发展战略

针对未来FPGA的发展，Ivo Bolsens强调，公司的发展战略主要从三个方面演进。一是从技术层面上，把越来越多的硬核集中到FPGA里面去，让软/硬件可编程能融合在一起，让人们用FPGA的感觉就像使用软件一样；第二是产品方面，致力于降低成本和提高性能。目前，Xilinx要比竞争对手提前2年~3年研发产品，这样就会有降低3倍~4倍的成本优势优先于对方。另外，针对便携式的低功耗的应用，Xilinx目前主要还是以CPLD这个产品线服务于低功耗和大批量的便携式应用市场。今后，在这个领域，Xilinx也会把FPGA引用到手持和电池供电的市场上去；第三个方面是在标准的产品上面加入更多的功能，向通用产品演进。在这方面，Xilinx推出了交钥匙的解决方案（例如视频、无线和流量管理）。在交钥匙方案的基础之上再根据市场要求，做一些市场定制的平台，比如对汽车电子方面的专用平台。Xilinx希望公司的产品线从商业化器件到非常专用的垂直市场，都能提供不同类别的解决方案。