引言

　　集成了 FPGA 架構、硬核 CPU 子系統以及其他硬核 IP 的半導體器件 SoC FPGA 已經發展到了一個“關鍵點”，它在今后十年中會得到廣泛應用，為系統設計人員提供更多的選擇。對于在 FPGA 上開發的系統，這些 SoC FPGA 完善了十多年以來的軟核 CPU 以及其他軟核 IP。各種技術、商業和市場因素相結合推動了這一關鍵點的出現，Altera、Cypress ?半導體、Intel ?和 Xilinx ?公司等供應商都發布或者開始發售 SoC FPGA 器件。

　　這一關鍵點的主要推動因素包括：

　　過渡到并行和多核處理，以提高功效。

　　FPGA成為前沿的新半導體工藝技術

　　嵌入式系統中越來越多的使用了FPGA

　　摩爾定律的經濟現實

　　CPU在體系結構上的增強

　　隨著SoC FPGA時代的來臨，系統設計人員在選擇這些器件時需要考慮以下關鍵策略問題：

　　哪些器件會經歷“平臺效應”，使得供應商、輔助支撐系統以及用戶之間出現 “自我增強循環”?

　　哪些器件能夠在多種選擇中支持IP重用?

　　哪些FPGA技術能夠最大限度的降低成本，提高性能 ?

　　SoC FPGA 的關鍵點

　　業界集成FPGA和CPU系統在第一個十年發展中既有成功也有失敗。最初的SoC FPGA在商業上并不是很成功 (2)，而 FPGA 中的軟核 CPU 得到了廣泛應用 (3)，這表明市場對FPGA和CPU技術集成有基本的需求。各種新的因素改變了業界環境，導致關鍵點的出現，SoC FPGA將在市場上獲得非常廣泛的應用。

　　推動業界這一關鍵點出現的關鍵因素包括：

　　計算功效

　　FPGA 過渡到前沿工藝技術

　　FPGA 在嵌入式系統中的應用

　　摩爾定律的經濟現實

　　CPU 在體系結構上的增強

　　計算功效

　　計算的發展趨勢是并行處理，近期集中在處理器從高成本的單核處理發展到多核實現上 (4)。在提高計算性能的同時降低功耗，這促使人們采用 FPGA邏輯作為CPU的硬件加速器。(5)

　　一個 SoC FPGA 系統提高了功效，實現了靈活的軟件劃分。SoC FPGA 支持數百路數據信號連接不同的功能區，實現每秒100-gigabits (Gbps) 帶寬，甚至更大的帶寬，其延時在納秒級，性能和延時比分立器件要高幾個數量級。而且，單個集成平臺支持存儲器控制器的共享，寬帶存儲器可以訪問硬件加速器。

　　性能的提高以及存儲器訪問功能支持采用 FPGA來實現功能更強的加速器，以滿足各種各樣的計算要求。由于硬件加速器在功效上要比 CPU 高 1，000 多倍，因此，與簡單的多核并行方法相比，采用 SoC FPGA 進行設計是實現高功效計算較好的方法。

　　FPGA過渡到前沿工藝技術

　　在 2000 年，最新的 FPGA 采用了 130-nm 工藝技術進行開發，而目前的 CPU 采用的是90-nm 工藝技術。由于有更高級的 CPU，因此，第一代 SoC FPGA 的推出有些滯后。然而，當今的前沿FPGA采用28-nm工藝技術，相對而言只有很少的商用 CPU或者ASSP使用了這一工藝技術，當然在今后有可能使用該技術。FPGA在工藝技術上的優勢明顯增強了這些集成器件的市場潛力，供應商也傾向于在這方面加大投入，這是因為設計人員不需要在 CPU性能上作出犧牲，如圖1 所示。

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　　圖 1.FPGA 過渡到前沿工藝技術