嵌入式fpga来的年龄

fpga越来越被视为一个关键的组件在异构设计,升级他们的地位和重视可编程设备的数量。

一旦降级测试芯片,最终将取代低功率和更高性能的asic如果数量是足够的,fpga已经走过了漫长的道路。在过去20年里可编程设备一直在稳步食物链从胶协同处理器逻辑,他们一直在利用各种高性能、关键任务应用程序从数据中心到超级计算机。

现在他们被嵌入设备与cpu的集群,利用相同的预处理或后处理的总线结构,作为一种减少降低主处理器集群的负载。嵌入式fpga也被用于网络加速执行包处理,深度数据包检测、加密/压缩或其他类型的包处理前的开关或CPU结构必须决定如何处理这些信息。在无线领域,使用嵌入式fpga数字前端,进行线性化,pre-distortion,和其他任务和功率放大器之间的无线卡,或通信链路。

因为这些设备是可编程的,他们可以用来优化系统。移动基站依靠fpga多年来,主要是因为成交量低,权力不是一个主要问题和定价不是几乎在消费者或移动设备一样重要。“但他们想做的是重新配置FPGA的实际运行,”戴夫Kelf说,负责营销的副总裁OneSpin解决方案。

一段时间,基站提供者对嵌入式fpga很感兴趣因为协议处理器需要交还;,他们使用了大量的固定功能的调节方案和误差修正,以及其他任务。“这是一个固定的功能,工作非常有效率,很快,这属于一个ASIC的好处ASIC流程工作尽可能快,“Kelf说。“但有时可能使用不同的调节方案,最好是能够改变,在需要的时候。”

嵌入芯片内部其他芯片并不是什么新鲜事。从1990年代开始,Xilinx嵌入式PowerPC处理器的fpga内部,和两个阿尔特拉和赛灵思公司嵌入式ARM的fpga内部cpu。是什么改变了fpga的专用SoC的功能,在有多个处理器加上缓存,以及硬接口那里有点SoC的函数而不是嵌入式处理,Mallett乔说,高级产品营销经理Synopsys对此。

“当你SoC功能嵌入到一个FPGA,你简化板设计,“最高级别。“你消除部分的物料清单(材料清单)所以你不需要一个微处理器坐在那里了引导FPGA,并启动和运行的一切。”

嵌入式fpga也带来力量和成本效益,营销副总裁Steve Mensor说Achronix。“这方法并增加ASIC的大小,但同时你摆脱一个非常昂贵的组件。你减少董事会。你摆脱很多外围组件,你拿出大量的成本。同时,权力是减少一半。”

是否嵌入FPGA可以归结为系统如何将增强。

“当你到通讯,不管它是否FPGA-to-ASIC或任何到,尤其是在高带宽应用,你正在经历某种类型的高速管,“Mensor说。“延迟不拖累最大的处理速度,但因为有来回互动,它减缓了整个系统的性能。如果你能消除这种延迟,系统性能有大幅增加。因此,嵌入式FPGA,它更类似于ASIC之间的无限带宽。这里,FPGA功能,因为它是一个wire-to-wire连接在ASIC,最大延迟一个时钟周期。如果你想使用外围寄存器,它是零时钟周期,如果你想直接进入逻辑部分。”

也有收益,带宽而言,Mensor指出。“如果你看看特别是fpga芯片上的更多的总吞吐量,芯片的更贵。这是由于管道的问题。如果你要把更多的别针,死区越大,和更大的包。”

英国同意了。“你看到的第一件事在嵌入式FPGA是简化的BOM,并减少成本。嵌入式fpga也被实现在28 nm等先进技术,所以你得到的性能和低功耗优势降低流程节点。有很多的一般功能,人们传统上一直把在一个FPGA,,它是有意义的,让它SoC的一部分,提供价值的子系统。然后FPGA织物补偿其他功能,你可以使用你的系统。”

嵌入式fpga的另一个独特的特性是紧密耦合的处理器。“他们不是通过高速接口耦合,所以性能会更好如果你做事在软件和硬件的组合。然后FPGA的可伸缩性意味着它可以适合一个特定的应用程序,”英国说。

互连是关键
这可能听起来简单,但使用fpga的心态有了明显的改变。

“FPGA曾经是二等公民,主要降温事件——主要绩效主要加工材料由CPU或ASIC或SoC,和一些最低任务给FPGA,“说Anush莫汉达斯·,营销副总裁和业务发展NetSpeed系统。“CCIX倡议做的是使FPGA一等公民。现在访问相同的内存。它访问相同的信息,主处理器。像微软这样的公司发现他们可以加速工作负载和如何处理是由给它一个FPGA。”(微软实验室在Hotchips 2014年发表了一篇论文,详细几乎减少20%力量和提高性能通过卸载一个FPGA。)

这催生了这个想法,可以做在一个FPGA,并有一个与主处理器连接到互连,他说。

“嵌入式FPGA,水平高,这是许多数据中心供应商如Facebook,阿里巴巴,亚马逊实现,“莫汉达斯·说。“他们的软件正在非常快。有新的算法。他们想要加速搜索,或者他们如何快速得到一份购物清单,这一个月或三个月的节奏的变化。如果你想做一个硬件芯片,它需要三年,当你得到它的算法是过时了。FPGA的嵌入式FPGA允许一块放在一个SoC,他们需要改变的是部分。软件可编程的硬件,你获得的好处的其余部分仍ASIC或SoC和可编程性。”

验证的挑战
时对嵌入式fpga验证挑战有几个重大的,弗兰克•Schirrmeister高级集团董事、产品管理系统&验证小组节奏指出。“第一个是如何验证芯片构建它时,这真是一个非常奇异的问题。还有人用这个芯片验证的挑战与嵌入式FPGA。如果这是一个芯片的嵌入式FPGA和Xilinx Zynq一样,他们有一个相当全面的验证流程,提供包括,例如,表征的处理器子系统,随着软件开发的软件视图。验证的挑战真的来到你现在添加到现有的系统。”

当它归结到它,调整内存和性能,评估做决定,例如,是否要添加一个功能的软件,或添加一个专用加速器。“有趣的嵌入式FPGA,用户真的可以试试,可以这么说。在ASIC的世界里,一切都很最终当你到达tapeout,”他补充道。“但在嵌入式FPGA的世界里,当你有一个FPGA你真的必须了解移动到硬件的功能有助于性能,等等。其中一些可以尝试,这就是虚拟平台玩,,TLM模型添加到哪里。FPGA供应商,这是高水平的综合,它允许工程师进入。另一个有趣的和有趣的概念是为这些设备使用OpenCL编程。”

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