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Xilinx：SDx系列再出大招，加速嵌入式系統(tǒng)設計
2013年7月，賽靈思(Xilinx)投片首款20nm All Programmable器件，并發(fā)布第一個ASIC級可編程架構UltraScale；半年之后，首批基于該架構的20nm UltraScale器件正式發(fā)貨；2014年，又連續(xù)推出的“軟”定義網絡(SDN)和為FPGA進軍數據中心掃清障礙推出的SDAccel解決方案。面對FPGA行業(yè)最為激進，但又卻最有條不紊的升級換代計劃，你是否認為賽靈思會考慮停下來，稍微休息一下？
答案顯然是否定的。“市場對創(chuàng)新方案的迫切需求始終在督促我們前進。”賽靈思全球銷售與市場亞太區(qū)副總裁楊飛說，公司最新推出的SDxTM系列開發(fā)環(huán)境的第三大成員SDSoC就是最好的例證。
SDSoC是全新的C/C++開發(fā)環(huán)境，可提供高度簡化、類似ASSP C/C++的編程體驗，包括簡便易用的Eclipse集成設計環(huán)境(IDE)和用于異構Zynq平臺部署的綜合開發(fā)平臺。SDSoC配有業(yè)界首款C/C++全系統(tǒng)優(yōu)化的編譯器，可提供系統(tǒng)級的特性描述、可編程邏輯內自動軟件加速、自動系統(tǒng)連接生成，以及用于加快編程速度的各種庫。此外，SDSoC還可為客戶和第三方平臺開發(fā)人員提供專門的流程，以便在SDSoC開發(fā)環(huán)境中使用這些平臺。
隨著智能系統(tǒng)和物聯(lián)網的發(fā)展，以及人與物之間互聯(lián)互通需求的增強，大多數新產品現(xiàn)在均采用了基于SoC的開發(fā)平臺。此類平臺便于企業(yè)以更快的速度將產品推向市場，提高系統(tǒng)級效率，而且最重要的是便于實現(xiàn)持續(xù)的創(chuàng)新和產品差異化。賽靈思分別于2011年和2015年推出Zynq-7000全可編程SoC和Zynq UltraScale+ MPSoC，分別采用28nm和16nm工藝節(jié)點技術，將強大的ARM處理系統(tǒng)和可編程邏輯結合在一起，為包括工業(yè)、醫(yī)療、車載ADAS、機器視覺、視頻監(jiān)控在內的眾多嵌入式應用，提供低成本、低功耗、高性能的解決方案。
“Zynq SoC/MPSoC與軟件工程師和FPGA硬件工程師共同組成的設計團隊可謂天作之合。”但在楊飛看來，這一組合對于硬件資源有限或欠缺的團隊來說，使用起來很有難度，因為需要團隊具備RTL(VHDL或Verilog)開發(fā)專業(yè)知識，才能充分發(fā)揮該器件的優(yōu)勢。而這，卻正是SDSoC開發(fā)環(huán)境被推出的根本原因。
SDSoC開發(fā)環(huán)境可通過兩種方式加速Zynq SoC和MPSoC開發(fā)進程。第一種是軟件開發(fā)人員借助賽靈思平臺、第三方平臺或最終用戶平臺，可以比使用傳統(tǒng)硬件/傳統(tǒng)軟件開發(fā)流程更快地啟動開發(fā)；第二種是SDSoC可以消除在將可編程邏輯用作軟件加速器時軟件團隊和硬件團隊之間常發(fā)生的反復變更，真正加速整體系統(tǒng)開發(fā)進程。
SDSoC讓人印象深刻的特性之一來自其系統(tǒng)級的特性描述。也就是說，目前賽靈思SDK的高級軟件系統(tǒng)描述功能可對Zynq平臺上運行的完整設計進行軟硬件性能測量，SDSoC以此為基礎可以快速估算系統(tǒng)性能。利用快速系統(tǒng)性能估算功能，用戶能明確哪些功能應該用可編程邏輯加速，SDSoC可運用C/C++代碼報告軟件周期，并估算數據傳輸以及整體應用加速情況，這就能較早地快速生成并探索最佳整體系統(tǒng)性能和功耗。
Altera：首款數字電源管理器件將成為里程碑
對FPGA用戶來說，電源管理日益成為一個戰(zhàn)略性的競爭優(yōu)勢，特別是在通信、計算和企業(yè)以及工業(yè)應用等領域，而Altera公司日前就在其Enpirion電源解決方案中新增了一款30amp PowerSoC DC-DC降壓轉換器EM1130。這款被Altera全球業(yè)務開發(fā)總監(jiān)Patrick Wadden視作“里程碑”式的產品，是集成數字DC-DC降壓轉換器系列的第一款產品，可為Altera的第10代FPGA提供電源管理功能，特別是Arria 10和Stratix 10 FPGA內核以及收發(fā)器電源軌。
他認為，隨著FPGA和SoC的不斷發(fā)展，設計人員在下一代嵌入式系統(tǒng)中增加了大量混合信號功能，實現(xiàn)了以前無法企及的系統(tǒng)級性能。但這也同時意味著，設計者必須要在嚴格的FPGA電源軌要求、系統(tǒng)功耗和散熱預算限制、構建魯棒而又可靠的系統(tǒng)、符合預算要求按時完成其項目、完全滿足其電路板和系統(tǒng)對功能和性能的要求之間找到最佳結合點，這絕非易事。
Altera方面稱，EM1130的引腳布局密度是業(yè)界最高的，提供嚴格的高輸出穩(wěn)壓和快速瞬時響應功能。與同類型其他模組相比，EM1130面積不到其他解決方案的一半，總面積只有360平方毫米，效率提高2~4%，遠程測量精度提高了30~50%(電流和電壓測量)。此外，PMBus為Altera SmartVID技術提供接口，支持轉換器為Arria 10和Stratix 10 FPGA提供較低的電壓(VCC)，并能夠遠程測量電流、電壓和溫度等關鍵參數。
相比之下，F(xiàn)PGA屬于高利潤、高附加值產品，而電源則屬于低利潤、走量的產品，如何讓兩者相得益彰，迸發(fā)出最大的合力，一直是業(yè)界關心的話題。Patrick對此回應稱，集成的Enpirion電源單芯片系統(tǒng)最大的優(yōu)勢在于體積小、高效和低噪音，將經驗證的Enpirion電源單芯片系統(tǒng)解決方案與Altera FPGA結合使用，客戶能夠在盡可能最小的電路板上完成他們的設計，同時還能最大程度地提高性能和降低功耗，加快產品上市、削減材料成本以及增強系統(tǒng)可靠性。更重要的是，Enpirion未來將不會僅與Altera FPGA產品配套使用，它將被用來為FPGA、存儲器、微處理器和許多其它數字集成電路提供電源。
Lattice：UltraLite功耗尺寸狂降50%，繼續(xù)猛攻消費電子市場
自2012年萊迪思(Lattice)首次面向移動應用推出第一代iCE40產品以來，短短三年時間內，消費電子市場為Lattice全年總營收的貢獻比例，從原來的不足5%一躍增長到目前的30%，增幅超過300%，iCE器件出貨量累計超過2.5億片。
“當前，幾乎業(yè)界Top10的智能手機都采用了我們的解決方案。”Lattice公司業(yè)務運營副總裁Douglas Hunter說，由于消費電子領域的客戶大多數都沒有FPGA相關設計經驗，因此Lattice未來將提供更多的IP支持和參考設計，將iCE系列打造成FPGA產品與配套硬件(I2C、SPI、DSP、存儲)相結合的定制化解決方案。
在去年7月推出的iCE40 Ultra基礎上，Lattice日前再度發(fā)力，推出iCE40 UltraLite系列FPGA，據稱“前所未有”地集成了眾多新功能以及可供定制的靈活性，使消費類移動電子設備(如智能手機、平板電腦、可穿戴設備等)和工業(yè)手持設備(如條碼掃描器、氣體檢測器等)制造商能夠快速實現(xiàn)產品差異化的“殺手級”功能。
Lattice半導體產品線高級經理王動稱，iCE40 UltraLite是當前業(yè)界最緊湊、功耗最低的FPGA器件，與同類競爭產品相比，iCE40 UltraLite可將功耗降低30%，尺寸減小68%(僅為1.4×1.4 mm)；與前代產品iCE40 Ultra相比，iCE40 UltraLite可將功耗降低50%，封裝尺寸減小55%，并在降低邏輯密度的同時保留了iCE40 Ultra的大多數IP硬核，適用于與iCE40 Ultra應用定位相似，但是對成本更加敏感的應用，例如：IR遠程控制和學習模式、可實現(xiàn)模擬多色呼吸效果的RGB LED控制、白光LED控制、運動手勢功能、計步器等。
“通過替代微控制器，iCE40 UltraLite能夠最大程度延長電池使用時間，并降低應用處理器的使用頻率。”王動表示，可穿戴設備市場目前正處于競爭與演變的過程中，存在著明顯的兩極分化情況。以智能手環(huán)為例，要么追求高大上，要么主打低價位。如果某一應用需要更多的功能支持，例如GPS位置顯示、語音識別等，可以選擇iCE40 Ultra；如果需要更低的功耗和成本，如智能手環(huán)/手表等應用，則可以選擇iCE40 UltraLite。
如果將iCE40與MCU進行比較會發(fā)現(xiàn)，MCU的優(yōu)點在于它們已成功應用于大多數移動設備中，設計人員對其更為熟悉；缺點則在于比iCE40 FPGA尺寸更大，且無法進行實時處理；對于那些不需要微處理器和微控制器的應用而言，ASSP則是iCE40的主要競爭對手。在這種情況下，Lattice的解決方案尺寸更小，且僅需極少的外部元件即可實現(xiàn)定制、添加和創(chuàng)建各種創(chuàng)新應用。
“iCE40系列的主要競爭對手是MCU和ASSP，而非傳統(tǒng)的FPGA公司，”Lattice中國區(qū)銷售總監(jiān)王誠說，現(xiàn)在智能手機、可穿戴設備市場演進速度很快，很多功能至少需要半年以上的窗口期才能實現(xiàn)穩(wěn)定的協(xié)議與市場，ASSP廠商通常不愿意在此期間去開發(fā)產品，但lattice就可以借助iCE系列的靈活性幫助客戶解決過渡期的問題。
幫助客戶節(jié)約調試時間是王誠看中iCE40系列的另一大優(yōu)勢所在。他解釋稱，ASSP在調試過程中一旦出現(xiàn)bug，客戶只能等待下一批產品。但FPGA則可以隨時修改代碼，重新編程，縮短了開發(fā)周期。此外，公司還針對一些應用熱點，向用戶提供完整的方案和協(xié)議，率先支持USB type C標準就是其中最具代表性的案例之一。
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