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FPGA/PLD  

重新思考異質與同質架構設計

上網時間: 2008年02月25日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:訊號處理  異構  同構 

2001年,我曾經撰寫過一篇文章,內容是關於在針對訊號處理的應用中,採用異質結構設計所具備的優點。我的依據是:在當時的環境下,晶片的整合度並不如今天那麼高,但那個時候確實已出現一些必須在一顆晶片中整合能滿足不同應用的功能模組需求了。

這些不同的應用需求都有不同的訊號處理任務,而這些訊號處理應用通常包含了不同的資料速率、資料類型和演算法;另外,就當時的情況來看,針對這些不同需求,採用不同處理引擎,比永遠採用一個以不變應萬變的方法更具有價值。然而,一個不可否認的事實是,當時採用異質處理架構,通常意味著必須採用兩顆或更多顆的晶片。

鏡頭轉到六年多以後,與2000年時最大的不同在於,今天的我們,正置身於追逐採用多核心(巨量平行晶片)架構的潮流之中。這些晶片包含數以十計甚或數以百計的處理器,視目標應用的不同,有時這些多核心晶片內部甚至會整合了類似FPGA的元件。此時,對一個設計來說,採用同質或是異質處理元件,仍然是關鍵的設計決策。同時,在這種情況下,問題往往是出現在晶片而非系統層面。

開發巨量平行晶片的供應商們,在面對異質或同質設計時,要做出的決策與系統設計師在過去曾做出的類似:是要求晶片具備高度靈活性且便於使用呢,還是要求高效率?一般來說,同質架構設計通常都便於使用,且適合更廣泛的系列式產品開發應用,但這些優點卻必須以犧牲性能和效率為代價。而通常整合了更專門的處理元件的異質架構處理方案,則捨棄了一定程度的通用性和使用上的便利,但對其目標應用來說效率更高。

因此,無論是採用同質或異質架構設計,從晶片供應商的角度來看,問題就變成:是把晶片設計得盡可能滿足多種應用,或是僅將其定位在一或兩個目標市場。

要解決這個問題,其中一種方法是:以一種相當通用的同質架構設計方法為出發點,然後,一旦該晶片找到細分市場且該市場已成型,便可依照該市場的需求,轉向一種基於其特定應用的專用異質架構設計方法。如果要舉一個例子的話,目前在市場上提供巨量平行晶片的供應商picoChip公司,就採取了這種策略──其最初的晶片具有一個高度類似(雖不完全一樣)的處理器陣列,而其後續開發出的晶片則透過整合專用輔助運算器,轉而衍變為針對特定應用的產品。

不僅僅是一些處理器開發商意識到了這種更靈活的晶片設計理念,目前,許多可編程邏輯元件開發商也已認識到市場對於更具靈活性之產品設計,以便滿足產品汰換或升級的需求,FPGA供應商Altera和Xilinx便已開始從提供具有‘大量邏輯閘’的通用型晶片,轉而朝向整合了硬連線訊號處理元件、記憶體、處理器和專用I/O區塊的晶片發展。

我相信,在嵌入式應用中,對從同質到異質結構這個廣大範圍內的所有晶片應用來說,都存在著大量商機。對巨量平行晶片供應商來說,問題已經不再是同質或異質架構哪一個更優秀,而是哪一個更適合當前的設計了。甚至在必要時,這兩種設計架構也必須能迅速轉換,關鍵是使架構迎合市場需求,而設計師的主要任務之一,將著重在同質和異質架構之間各種功能特性的取捨。

作者:Jeff Bier

Berkeley Design Technology 總裁




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