TI向FPGA宣战：要终结FPGA

TI已经向FPGA(现场可编程门阵列)下战书了，其正在研究一种结合了多核ARM处理器、数字信号处理器(DSP)和多可编程硬件加速器的特殊用途处理器系列，TI宣称该系列处理器能够取代FPGA，而FPGA社区目前主要由Altera和Xilinx把持。TI能完成这一壮举吗?FPGA就像是一块空白的石板，能够解决任何高速计算的问题，但相对价格较高，编程较为困难，而且比较浪费资源(在大多数FPGA设计中，通常不会用到FPGA的每个门)。

另一方面，TI还必须将这一系列扩展到整个FPGA的市场范围。这能够完成吗?我们询问了TI、Altera和一些分析师，然后我们将他们的观点在下面进行了一些梳理。(另外，我们也向Xilinx提出过问询请求，但得到的答复是“无可奉告”。)

集成了11.3 Gbps收发器的Altera Stratix IV FPGA芯片

“在我看来，TI的产品很有趣很有前瞻性，因为其针对现有的解决方案提供了两个有针对性的解决方案：该方案在保证了大致相当的性能的同时还实现了更低的成本和更低的功耗，这对于该方案在军事和工业领域的应用奠定了基础。在这一点上，该解决方案不能能够提供更为便携式的方案，同时还为现存设备的FPGA 的更替提供了有效的方式。”Strategic Technologies Practice的主任Asif Anwar说，“另一条战线可能是在GGPU(通用图形处理单元)上。”

Altera HardCopy II 230 ASIC(专用集成电路)，与Stratix II FPGA兼容。

据Anwar讲，基于GGPU相关的COTS(商品化的产品和技术)也被用来作为FPGA和ASIC的一个替代选项，尤其是在需要以同样的方式处理大量数据的应用中，比如说SAR(合成孔径雷达)图像。Anwar说TI的SoC也能应用到这一领域，而且同时还提供了更强大处理性能;这对于消费者来说是一个更为理想的解决方案，而不必使用FPGA，但是因为成本的关系，该方案中使用了GGPU作为一种“还算足够好”的解决方案。

“值得强调的一点是，GGPU上有一种固有的限制，使得他们并不适合灵活性更高的应用中，比如说电子对抗战(EW)。而TI的解决方案应该能够处理 EW系统中对复杂性的要求。TI的解决方案能取代FPGA吗?那是肯定的，当然，FPGA仍在一些特定市场是非常关键的，比如说太空领域，这是FPGA和 ASIC的战场。我不认为这一过程是能一蹴而就的，但是如果TI能够提供一整个系列的解决方案，那么可能很快这些解决方案就将具备蚕食FPGA市场的能力。”

另一方面，一些分析师也听说TI正尝试用一个异构处理器系列取代已有的FPGA，即使只是在某些特定的应用中。

“简单地说，TI夸大了自己的情况。”分析公司The Linley Group的Linley Gwennap说。

Xilinx XC2064 FPGA首先使用LUT(查询表)。

Linley指派了一位分析师Jag Bolaria为我们解释该公司结论的更多细节。

“TI的定位是很不错，而且它也能取得一定的FPGA市场。”Bolaria说，“TI将会取代一部分FPGA应用。TI的器件凭借更好的能量效率和更好的门使用率为其国防方面的应用赢得了可能，其门利用率的优化可以低至50%。”

然后Bolaria提出了更重要的观点，而这可能就是Linley的观点和TI的期望之间的分歧。

“但TI的设备并没有可编程逻辑，事实上其并不能完成FPGA的所有工作，FPGA使用的是可重构逻辑。TI的设计能在需要ADC/DAC的设计中取代FPGA。在稳定的设计中——即设计中的改变是可预测的，这是FPGA的优势就更为明显。”

话说TI不具备可编程逻辑是不正确的，但TI并未就此指控做出直接回应。

TI的通信处理器业务开发经理Robert Ferguson说：“66AK2L06有可编程的内核——其中ARM、DSP和硬件加速器都是可编程的——而FFTC(快速傅里叶变换协处理器)、 DFE(数字前端)和NetCP(网络协处理器)/安全硬件都是可以被用户编程的，而且包含由逻辑，尤其是考虑到DFE的价值以及其在信号链中从ADC到 66AK2L06中扮演的角色。”

Linley的资深分析师Tom Halfhill却并不认同，他毫不含糊地指出TI在谎报自己的芯片。他说：“TI的芯片没有可编程逻辑。TI的芯片能否取代FPGA还需要一项一项逐一筛查。有的情况，FPGA确实能被取代，但也有的使用场景仍然是FPGA的。至少FPGA在两个方面不会落败：一个需要小批量定制的解决方案，没有必要设计ASIC时;以及解决需要比传统的DSP更高的信号处理性能时。”

Halfhill承认TI的信号处理和数据收集技术在其设计中一定能够有所裨益，但他们最先推出的一系列产品肯定不具有颠覆FPGA的实力。

他说：“TI正在推广用于数据收集应用的芯片，比如可能会用到DFE、JESD204B和DSP内核的雷达和声呐中。一些系统设计中可能使用FPGA实现这些功能，所以在这些案例中，66AK2L06能够取代FPGA(或自定义ASIC)。”

Altera简单评价了Linley Group关于FPGA面对TI的挑战时所作的相关评论，并试图总结FPGA相比于TI的解决方案的优势，从而对Halfhill的评价进行延伸。

Altera战略技术营销经理Trung Tran说：“随着具有先进信号处理要求的高性能系统的不断发展，设计师需要更强的FFT(快速傅里叶变换)，还需要32甚至更多的信道以完成更为复杂的大规模并行计算。FPGA是这些应用中的理想的解决方案，因为FPGA的灵活性更高，而且它们能为客户带来最先进的工艺节点和最前沿的技术。”

另外其他的分析师还有另外的一些更大局的看法，即异构内核处理器和专用内核处理器将怎样影响Altera、Xilinx和其它FPGA供应商?比如说，英特尔的Xeon接受内部封装了Altera FPGA的预定，这导致市场传出了英特尔收购Altera的传闻。

“TI现在正在做的事情很多FPGA公司都已经做过了，即增加异构内核。TI的66AK2L06有可能在高速通信等相关领域取代FPGA，但FPGA公司已经看到对片上可编程内核的需求，这也能在相同的应用领域发挥效用，尽管可能价格相对较高一点。”

关于TI 66AK2L06到底能适合那些应用，其它的分析师也提供了一些有理有据的意见。

Semico Research Corp.高级分析师Richard Wawrzyniak说：“TI的器件相对于FPGA有优点也有缺点。TI确实能获得一定的市场份额，但除此之外，FPGA更好。一个FPGA能够解决的问题同样可以用TI的芯片来解决;而FPGA的成本高出一倍，消耗的功率也可能不止12W，可能会达到20W。”

使用2.5D堆叠硅片互联技术的Virtex-7 2000T FPGA，其上有60亿个晶体管。

但他补充说TI要想完全取代FPGA还有很长一段路要走，尤其是考虑到设备的尺寸、价格、功耗方面的问题——功耗必须要和尺寸、重量和价格达到相对的平衡。

“如果TI系列最终能够提供更强的处理能力、更便宜的价格和更有优势的功耗表现，比如说功耗能降到2W，那么它就有可能在每一个领域都取代FPGA。但在我看来，TI在高端FPGA市场的作为可能不会太大，他们将更专注于降低功耗水平。目前TI的设计中已经有很多的新资源，能比FPGA做得更多，所以毫无疑问其将会切入FPGA的市场，尤其是一些数据加速和安全应用中。”Wawrzyniak说。

一位分析师称TI的动作只是从之前的各种专门方法向标准驱动方案的电子产品进化的一部分。据IHS科技公司的MCU&MPU高级分析师Tom Hackenberg说：“TI的市场表现将会对FPGA的特定应用市场产生竞争性的影响。不过，却并不会成为真正的威胁，因为其本身也是系统设计的竞争演化周期的一个自然组成部分。”

据Hackenberg说，这个设计周期有如下趋势：

先是由许多分立元件和模拟前端(如无线电和传感器)构成的新应用。接下来模拟元件换成了数字组件，其中有各种各样的数字模块，如内存、数字信号处理器、微控制器和处理器。

据 Hackenberg说，现在随着产量的增加，使用标准组件的技术开始被吸纳到更复杂和更高效的方案中，许多模拟前端功能都换成了数字前端，从而避免了滤波器和信号调制的需求。逻辑组件开始开始配置在FPGA和DSP中，尤其是模数转换和逻辑单元。而内存也开始集成到微控制器和专用的处理器中。

随着产量的继续增加和标准化的持续，片上系统解决方案吸收了更为复杂的解决方案。模拟前端变成了模数转换中最简单的功能，其它的都交给了DFE。

据Hackenberg：“在产量带来的规模效应实现的时候，FPGA也面临着来自其它逻辑组件的竞争，如ASIC和ASSP(专用标准产品)。而在这进化周期的后期阶段，逻辑组件(包括FPGA、ASIC、和ASSP)与DFE经常被吸纳到SoC中。处理器通过将更多的子系统集成而实现性能的提升和加速，同时也能通过配置保持灵活性。”

不管设计的复杂性，FPGA可以运行任何使用HDL语言(Verilog或VHDL)编写的数字系统。

这就是TI的异构内核解决方案的进化情形——即Hackenberg所谓的“将这些新应用带到下一阶段。”

“TI 66AK2L06系统芯片是应用处理器、DSP、JESD204B和可配置逻辑的混合，这样就能灵活地实现一个数字前端的许多不同应用，这是一个很好的解决方案，并且在其目标市场(航空&国防、测试&测量和医学成像等需要在其数字前端和处理器之间用到一个或多个模拟或逻辑组件的应用)上有巨大的应用潜力。今天的FPGA能够轻而易举地处理大量的并行通道，是因为他们的们结构可以专用于复制这些串行数据输入，并以很高的数据率进行滤波。”Hackenberg告诉我们，“但66AK2L06有潜力消除模拟信号接收器和处理器之间的组件，从而在大多数使用场景中达到节省功耗和空间的目的，而根据组件成本和开发时间的不同，开发成本也会有所降低。”

是什么一直在保持FPGA市场的活力?据Hackenberg说，是采用的新设计和新应用可以首先上市，然后整个过程又能在另一个应用中重新开始。

TI 66AK2L0是旨在取代FPGA的第一个系列

“一些市场对并行处理的量要求非常高，如电信和视频内容处理，这些市场对FPGA的使用时间可能会更长更广泛，因为这里的并行处理的数据量非常大，而相关的标准还在不断发展。一些应用却永远不会有足够的量来保证ASSP/ASIC和最终的TI SoC的开发成本。这就意味着FPGA的市场还将继续保持活力，但TI也将带着其66AK2L06进入下一个应用阶段。”