FPGA从小池塘闯入浩瀚大海

“我们已经连续三个季度销售额创新高了，今年Q2我们的销售额又创纪录地达到了5.95亿美元。这是多年来没有看到的成绩了，FPGA正在走出囿池，向广阔无垠的空间发展。”赛灵思高级副总裁兼CTO Ivo Bolsens对《国际电子商情》记者惊喜地说道。他特别强调：“我们发现39%的销售额来自于客户对新产品线的需求，这表示驱动这一轮增长的是真实的需求，而不是某些人分析的触底反弹、增补库存所致。”

    是的，不仅是赛灵思，其传统对手Altera这几个季度也取得了不错的成功。赛灵思领导的FPGA阵营正在从门前的小小池塘进入一个浩瀚的大海，他们的应用触角已伸向DSP、嵌入式CPU，当然更是不断地在传统对手ASIC/ASSP的领土攻城略地。“传统上，全球FPGA/PLD的销售额约为30-40亿美元/每年，而今年预计会大大突破这个数据。这里的原因一是经济危机后人们的成本意识加强，FPGA可使他们更省钱，设计更灵活；二是经济危机后市场快速恢复，FPGA可以让他们迅速抓住商机；最后一个原因、也是最重要的原因，很多应用变得越来越适用于FPGA，而传统的DSP、CPU和ASIC已不能满足需求。”Ivo解释道。

    FPGA从小池塘闯入浩瀚大海

    “有一天，当工程师使用FPGA就像使用ARM处理器一样简单和便宜，这时FPGA就会进入目前大量嵌入式CPU、DSP和ASIC/ASSP所适用的领域。我们将从一条小池塘的大鱼变成大海里的最能干的鱼(Smart Fish)。”Ivo自信地表示，“这一天很快就会到来。”

    是的。赛灵思正在迈向目标。他们于前不久已向全球宣布推出一种全新的可扩展式处理平台架构，将两个ARM Cortex-A9核与FPGA集成，并共享一个AXI(缓存一致性接口)总线接口。“同以往的FPGA相比，这是一种全新的架构。”在公布这种新型架构半年后，Ivo Bolsens向本刊详细解释了赛灵思的设计思路：“首先，它是一种对等的异构多核处理器架构，FPGA可直接与处理器内部总线连接，与传统的FPGA为外设的架构比较，传输速度和效率大幅提升；第二，我们这一全新的架构，是ARM with FPGA，而不是以前的FPGA with CPU，其目的就是要让工程师使用FPGA的感觉像是使用ARM处理器一样简单，我们的整个设计思路都会发生改变。”

    很明显，赛灵思的目的就是要抢占未来巨大的嵌入式CPU市场，从消费电子市场，到高端的通信市场。不过，其对手们肯定不会束手待毙，他们也在往这种异构多核的架构演进，包括传统的嵌入式处理器厂商如飞思卡尔、TI、ST、三星、Marvell以及本土的瑞芯微等大批处理器厂商，他们都在向多核ARM+硬加速器的多核异构架构演进；更包括赛灵思可能即将要面对的最强大竞争对手英特尔，虽然他们现在仍是亲密无间的好兄弟。

    在今年三月的IDF会上，英特尔嵌入式实验室负责人就在一次小型媒体会上透露了他们未来的嵌入式CPU架构，该架构与赛灵思的架构非常相似，只不过，X86的Atom处理器代替了ARM核、多个基于硬加速器的功能模块IP代替了FPGA、总线方面则由QPI总线代替了AXI。其实，正如清华大学教授、国家863核高基项组负责人魏少军在前不久深圳IIC主题演讲中所指出：“这是大势所趋。几年后，嵌入式CPU、DSP、FPGA等各种处理器的架构都将殊途同归，因为他们的架构都要向一个共同的目标演进，那就是必须同时集成动态可重配置功能、可编程功能、超级计算功能以及大量的逻辑阵列。这种趋势将改写目前的处理器供应商格局。”

    然而，这种趋势正是FPGA厂商所朝思暮想的，这也将彻底改变他们的命运，使得他们能走出传统FPGA的应用瓶颈，从小小池塘走向无垠的大海。不过，同样是异构多核架构，ARM with FPGA的优势又在哪里呢？“这些竞争对手产品中的异构核是硬加速器核，只能完成固定的功能；而我们的异构核是FPGA，生来就有可重配置性，能灵活地配置成需要的多种功能，而可重配置是未来很多应用的重要需求。”Ivo解释道。

    不过，他也坦承，目前来看X86+特定硬核的处理速度可以比赛灵思的可重构功能更快。赛灵思的ARM based FPGA目前定位在深度嵌入式领域，致力于通过其灵活多变的特点抢占细分市场，从市场的长尾中最大程度获益，而英特尔的嵌入式立足于高端嵌入式市场，主攻大规模高性能应用领域，同时瞩目深度嵌入式领域。

    “所以，有些市场仍是属于英特尔特有的市场，我们不会与他们竞争，比如视频游戏。”作为英特尔多年的合作伙伴，他似乎不太愿意评论赛灵思未来与英特尔的竞争关系，他说“目前看来，赛灵思高端与INTEL保持了良好的合作关系，深度嵌入式方面与ARM紧密合作的局势短期不会改变。”

    然而，根据Ivo的介绍，在其它更广泛的视频应用领域，ARM with FPGA将拥有巨大的发挥空间，而2012年全球互联网上流量将有一半是基于视频应用。这表示未来赛灵思与英特尔(特别是英特尔未来要主推的嵌入式CPU), 在深度嵌入式领域有一天可能会在中间某个地方相遇，竞争关系将在所难免。而赛灵思与英特尔目前亲密的合作关系也将会走上一种竞合的关系。

    其实，赛灵思与亲密战友之间的这种演变故事已发生过了，这就是它与DSP厂商的故事。FPGA与DSP厂商早已从亲密战友走上竞合关系，并且未来恐怕更是会针锋相对，特别是在目前DSP也寄预厚望的LTE/4G市场。“在传统的3G设备市场，FPGA的主要应用是射频后处理方面，然而在未来的LTE/4G市场，FPGA将进入基站等核心应用，直接取代目前的多核DSP。”Ivo已毫不讳言与DSP的激烈竞争，“这个市场我们已开始进入，并且旗开得胜，未来的增长潜力巨大。”

    他解释道：“在未来的4G基站系统中，X86仍在数据控制方面占优势，而FPGA则会在数据处理方面拥有巨大优势。以前这部分功能主要是由DSP来完成的，然而随着4G网络对大量并行数据处理需求的增加，多核DSP已不能满足需求。”

    当然，除了在嵌入式CPU和DSP的大海里抢食，FPGA永远不会停止从传统对手ASIC和ASSP的手里不断攻城略地，直到有一天将他们逼到墙角。Ivo表示，“随着我们高性能、低功耗的28nm赛灵思7系列FPGA的推出，在新的设计项目中基于FPGA的设计项目数将是ASIC/ASSP的三倍。采用新的统一架构的FPGA将会从两头直逼ASIC/ASSP的领地：高端直达40G/10G网络的核心数据包处理、核心接口部分和Serdes芯片，这些领域传统上多由ASIC来完成，因为其需要高速低功耗，现在7系列在性能提升的同时(可支持多达200万个逻辑单元)将整体功耗降低50%以上，已完全能胜任这些工作；而低端则会直逼最新的消费电子产品，比如数码相机、3D电视、便携医疗设备以及车载信息娱乐系统等应用，在这些市场，7系列中的ARTIX 7将以低成本低功耗直接挑战ASIC/ASSP应用。”

    在赛灵思的规划中，留给ASIC/ASSP的领地越来越小，“从目前来看，只有手机不是FPGA适合的市场。”Ivo坦承，“另外，高端核心网络中的包交换功能仍是ASIC/ASSP的强项。”

    除上面提到的应用外，下一步FPGA还将会大规模地进入数据中心、统一网络、存储网络、监控、工业医疗以及测试测量设备等领域，它将在一个无限广阔的大海里纵横驰骋。不过，面对以上这些所有的热点和新兴应用，全球的处理器厂商也都在不断改变自己以守住阵地、并且进一步在对方领土里攻城略地，未来5-10年全球处理器供应格局定会“重构”，一个全新的面貌将会出现。