根据提供的文件内容,以下是对FPGA及硅片融合时代的相关知识点的梳理和解释。
FPGA(现场可编程门阵列)是一种可以通过用户编程定义逻辑功能的半导体器件,它在上世纪90年代兴起,最初用以替代传统的胶合逻辑电路。FPGA的出现,为电路设计提供了前所未有的灵活性,相比于传统的固定逻辑电路(如ASIC),FPGA在性能提升和成本降低方面有巨大优势,尤其是在不断提高工艺水平的过程中,FPGA逐渐接近ASIC的性能并开始在某些领域取而代之。
随着技术的发展,FPGA在自身架构上也进行了重大创新。FPGA内的逻辑单元数量增长了数十倍,同时集成了更多的功能单元和IP核(Intellectual Property cores),例如ALM(Adaptive Logic Module)、RAM、XCVR(Transceiver,收发器)、PLL(Phase-Locked Loop,锁相环)、DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器)等。这些集成的多功能模块极大地扩展了FPGA的应用领域,使其能够在通信基础设施、军事、测试测量和医疗等领域部分替代传统ASIC、DSP和ASSP(Application-Specific Standard Products,特定应用标准产品)。
然而,随着电子产品推陈出新的速度加快,对设计灵活性和功耗效率的要求越来越高,单一类型的芯片(无论是CPU、DSP、FPGA还是ASIC)都无法完全满足这些需求。因此,芯片融合成为了一个趋势,即将不同的芯片特点集成于单一平台中,以期结合各类芯片的优点,避免其缺点。这一趋势特别表现在将通用CPU/DSP的功能、专用IP核和可编程FPGA架构的融合。FPGA在芯片融合中具有天然优势,因为它的架构清晰,生态系统完善,已经集成了许多CPU、DSP和硬IP,具备与其他处理器融合的成熟环境和丰富经验。Altera公司(现为英特尔旗下)与多个CPU核厂商合作,例如MIPS、Freescale(现为NXP)、ARM和Intel,推出了混合系统架构的产品。
在芯片融合的过程中,面临着技术上的挑战,例如在综合、仿真和时序分析方面,以及嵌入式软件工具和操作系统支持、DSP编程、基于C语言的编程工具及系统互联等方面的难点。为此,Misha Burich(Altera公司CTO)强调系统支持环境的重要性,并指出Altera研发团队中一半专注于芯片研发,另一半则专注于编程支持工作。此外,OpenCL技术成为支持混合系统架构的关键技术之一。OpenCL是一种面向异构系统的开放、免费标准的通用目的并行编程环境,允许软件开发者编写高效轻便的代码,广泛适用于多核处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、Cell类型架构及其他并行处理器。它为游戏、娱乐、科研和医疗等领域提供了广阔的前景。
总结来说,FPGA正走向硅片融合时代,通过集成不同的处理核心和专用IP,FPGA正成为灵活而高效的芯片设计选择。同时,技术的融合带来了诸多挑战,需要新的编程环境和工具来应对。这不仅要求FPGA厂商提供强大的硬件支持,还需开发者社区构建合适的软件开发和系统集成环境,从而充分利用FPGA的潜力,推进集成电路技术的发展。