作者：田文琦 班級：1402019 學(xué)號：14020199019? ??

【嵌牛導(dǎo)讀】：同屬可編程處理平臺取刃，盡管FPGA和DSP芯片供應(yīng)商表面上惺惺相惜，但面對20億美元的新興高性能信號處理市場萤悴，他們的暗戰(zhàn)已經(jīng)開始。

【嵌牛鼻子】：? ? FPGA和DSP在新興高性能信號處理市場中的爭斗

【嵌牛提問】：FPGA和DSP 在高性能信號處理市場中的動態(tài)皆的？ ??

【嵌牛正文】：

? ? ? ?同屬可編程處理平臺覆履，盡管FPGA和DSP芯片供應(yīng)商表面上惺惺相惜，但面對20億美元的新興高性能信號處理市場费薄，他們的暗戰(zhàn)已經(jīng)開始硝全。

? ? ? ?前者將DSP功能從高端FPGA平臺擴(kuò)展到了低成本FPGA，并加強(qiáng)了相關(guān)開發(fā)工具楞抡，希望在復(fù)雜算法和大量并行處理中補(bǔ)充甚至完全替代DSP伟众，從DSP應(yīng)用中的配角變成主角；而后者則通過集成ASIC的DSP SoC和多核DSP提升處理能力召廷，目的也是減少FPGA和ASIC的使用凳厢，捍衛(wèi)DSP的主角地位。

? ? ? ?此外竞慢，一些初創(chuàng)公司也在開發(fā)并行陣列處理器先紫，宣稱能在單芯片上以相對較低的時鐘頻率和功耗獲得“前所未有的DSP性能”。

FPGA渴望“修成正果”? ?

? ? ? ?盡管FPGA和DSP一樣擁有20多年的歷史梗顺，但和DSP早早成名相比泡孩，F(xiàn)PGA由于成本车摄、功耗和性能限制寺谤，一直在系統(tǒng)外圍暗自發(fā)力，從最初用于膠合邏輯吮播，到用于控制邏輯变屁，再到用于數(shù)據(jù)通路，艱難地接近系統(tǒng)核心意狠。傳統(tǒng)上粟关，F(xiàn)PGA被用作DSP解決方案中所需要的系統(tǒng)邏輯、多路處理及合并环戈，或是多I/O接口闷板。

? ? ? ?進(jìn)入21世紀(jì)后，F(xiàn)PGA終于迎來了“修成正果”院塞、與CPU遮晚、DSP并列于系統(tǒng)核心的最好機(jī)會：一方面，隨著90和65納米工藝的采用拦止，F(xiàn)PGA在成本县遣、功耗和性能上大幅改善糜颠，具備成為系統(tǒng)核心的條件；另一方面萧求，三網(wǎng)合一(Tri-play)和融合時代來臨其兴，要求復(fù)雜和大量并行處理，DSP在做并行處理時不如FPGA夸政，這為具有強(qiáng)大并行處理能力的FPGA帶來了需求元旬。? ?

?? ? ? 正是因?yàn)槿绱耍瑥?0納米開始秒梳，F(xiàn)PGA巨頭們就爭相推出面向DSP應(yīng)用優(yōu)化的高端FPGA平臺法绵，并在65納米FPGA中進(jìn)一步增強(qiáng)了DSP功能。例如酪碘，賽靈思面向DSP應(yīng)用的XtremeDSP產(chǎn)品線包括高端的Virtex-4 SX和Virtex-5 SXT朋譬，不久前又推出了低成本Spartan-3A DSP系列，而Altera的Stratix II和Stratix III兴垦，以及65納米低成本Cyclone III系列同樣強(qiáng)調(diào)DSP應(yīng)用徙赢。他們的高端FPGA平臺，瞄準(zhǔn)的是高端通信和視頻應(yīng)用探越，如無線基站和包括監(jiān)控狡赐、廣播以及3D醫(yī)療圖像在內(nèi)的高分辨率視頻應(yīng)用；低端平臺則定位于大量對價格和功耗都很敏感的應(yīng)用钦幔，包括微蜂窩基站枕屉、軍用移動軟件定義無線電、超聲系統(tǒng)鲤氢、輔助駕駛/多媒體系統(tǒng)搀擂、高清視頻以及智能IP相機(jī)等——這些也都是傳統(tǒng)DSP芯片看重的新興應(yīng)用。? ? ?

?? ? ? 賽靈思公司中國區(qū)運(yùn)營總經(jīng)理吳曉東強(qiáng)調(diào)說：“為什么會用FPGA做DSP應(yīng)用呢卷玉？DSP表示的是數(shù)字信號處理哨颂，并不代表DSP芯片，實(shí)際上數(shù)字信號處理有很多不同實(shí)現(xiàn)方法相种，可以用DSP芯片威恼，也可以是MCU，還可以是FPGA和ASIC作數(shù)字信號處理寝并。事實(shí)上箫措，由于FPGA是一個天生的并行處理結(jié)構(gòu)，因此在進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算時性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)DSP芯片衬潦〗锫”? ? ? ?

? ? ? ?賽靈思亞太區(qū)市場營銷董事鄭馨南表示，過去20年里算法復(fù)雜性快速提升是推動FPGA進(jìn)入DSP應(yīng)用的最重要市場動力别渔。他以通信領(lǐng)域?yàn)槔仡橠SP應(yīng)用歷史說附迷，20世紀(jì)70年代惧互，DSP應(yīng)用的驅(qū)動力為語音頻帶，性能需求的數(shù)量級為“KHz”喇伯，微處理器和MCU可以滿足需求喊儡；20世紀(jì)80、90年代稻据，無線電為DSP應(yīng)用驅(qū)動力艾猜，性能需求為“MHz”級，DSP獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷捻悯；而進(jìn)入21世紀(jì)匆赃，三網(wǎng)合一(Tri-play)要求非常復(fù)雜的處理，只有DSP+FPGA才能夠滿足需求今缚。 ? ?

? ? ? ?吳曉東進(jìn)一步解釋說算柳，傳統(tǒng)DSP芯片是實(shí)時信號處理的最佳答案，但它畢竟是一個串行結(jié)構(gòu)姓言，進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算時可能來回循環(huán)幾百次瞬项，因此速度反而不是很快，單個DSP處理器很難滿足5GMACS以上性能需求何荚；而FPGA是天生的并行處理結(jié)構(gòu)囱淋，包含了幾百個MAC單元，因此性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)DSP芯片餐塘，例如我們的Virtex-5 SXT FPGA在550MHz下性能可達(dá)550MSPS妥衣；而主頻為1GHz的DSP性能只能達(dá)到8MSPS。他總結(jié)說：“由于FPGA可以彌補(bǔ)DSP芯片的不足戒傻，在信號處理系統(tǒng)中FPGA與DSP相得益彰税手。”他一再強(qiáng)調(diào)FPGA不是要與DSP直接競爭稠鼻，“我們現(xiàn)在更多的還是互補(bǔ)的關(guān)系冈止】衿保”? ? ? ? ? 他舉例說候齿，以前視頻監(jiān)控應(yīng)用的通道數(shù)不多，對圖像質(zhì)量和實(shí)時性等也要求不高闺属，很少有人用FPGA慌盯；但是隨著監(jiān)控由標(biāo)清轉(zhuǎn)向高清，從單通道轉(zhuǎn)到八通道掂器，從非實(shí)時轉(zhuǎn)到對實(shí)時的要求亚皂，外加人臉識別和運(yùn)動估計(jì)等分析功能，普通DSP就很難實(shí)現(xiàn)国瓮，需要多片DSP來一起處理灭必，成本十分昂貴狞谱。而用DSP+FPGA的方式則十分完美，可以大大節(jié)省成本禁漓。其中跟衅，F(xiàn)PGA用于加速實(shí)時視頻處理和壓縮，而DSP運(yùn)行實(shí)時操作系統(tǒng)和第三方分析軟件播歼。? ? ? ??

? ? ? ? 對于另一個目前的大熱市場伶跷，3G和WiMAX基站，他則表示可利用FPGA的并行處理能力來設(shè)計(jì)數(shù)字上下變頻器秘狞，因?yàn)閷τ谛枰噍d波的數(shù)字變頻器叭莫，并行的FPGA是最好地選擇；而DSP則適合于變頻后的符號率處理烁试。? ??

? ? ? 但是雇初，DSP廠商絕不會只滿足于僅做后端的符號處理，比如TI早就推出針對數(shù)字上下變頻的產(chǎn)品减响。? ? ? ?

? ? ? ?另一邊抵皱，賽靈思實(shí)際上也并不滿足于協(xié)處理器的位置。在其代理商安富利前不久舉辦的“安富利與賽靈思技術(shù)研討會”上辩蛋，安富利展示的一些視頻應(yīng)用已完全將FPGA作為主芯片呻畸，并不是協(xié)處理器來使用。作為賽靈思最主要的方案推廣商悼院，這也暗示了FPGA未來要走的路伤为。??

? DSP陣營捍衛(wèi)主角地位? ? ? ? ?

? ? ? ?對于來自戰(zhàn)友的挑戰(zhàn)，DSP廠商正在通過集成ASIC+DSP的SoC(系統(tǒng)級芯片)和多核DSP提升處理能力据途，目的也是減少FPGA和ASIC的使用绞愚，捍衛(wèi)自己的主角地位。? ? ??

? ? ? ? 對于FPGA作為協(xié)處理器的觀點(diǎn)颖医，TI中國區(qū)通用DSP業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理鄭小龍也表示認(rèn)同位衩，他指出：“在需要高級別并行處理的情況下FPGA是一種選擇，也是FPGA最適合的場合熔萧。在高性能和多通道應(yīng)用中采用DSP+FPGA往往更能勝任糖驴，而不是單獨(dú)采用其中某一種平臺。有了可編程DSP佛致，大多系統(tǒng)控制贮缕、排序化處理、用戶功能化和信號處理可在DSP上運(yùn)行俺榆。如果要加快并行處理感昼，采用FPGA就理所當(dāng)然」藜梗”? ? ? ?

? ? ? ?但鄭小龍同時指出定嗓，當(dāng)某個應(yīng)用中FPGA實(shí)現(xiàn)的并行加速處理達(dá)到一定市場規(guī)模而足以進(jìn)行專用集成時蜕琴，TI會將硬件加速器集成到DSP中去，這樣可以比外掛FPGA在獲得同樣性能的前提下價格和功耗保持在一個較低的水平宵溅。他解釋說：“雖然FPGA能提高信號處理鏈路的速度奸绷，但隨著技術(shù)成熟，這些功能可以以較低成本集成到DSP處理器中层玲，比外加一個芯片效率更高号醉。因此，對于那些特定應(yīng)用辛块，DSP將提供更優(yōu)異的解決方案畔派。? ??

? ? ? 另外，TI還通過多核DSP提升性能润绵。一個典型的例子就是线椰，TI不久前針對WCDMA基站推出了高集成度的TCI6?88，它采用3個1GHz DSP核尘盼，能夠在單芯片上支持宏基站所需的所有基帶功能憨愉，無需FPGA、ASIC及其它橋接器件卿捎。這是因?yàn)門CI6?88中已經(jīng)包含了WCDMA系統(tǒng)處理所需的專用協(xié)處理器配紫，例如傳統(tǒng)DSP中沒有的Viterbi(VCP2)與Turbo(TCP2)協(xié)處理器——過去它們或采用FPGA/ASIC來實(shí)現(xiàn)，或要靠DSP核來解決午阵，這就需要增加額外的DSP躺孝。TCI6?88還具有典型DSP所沒有的多種外設(shè)，如新興的高速天線接口OBSAI/CPRI底桂，而其它沒有這種接口的器件必須采用一個FPGA或ASIC管理協(xié)議轉(zhuǎn)換植袍。此外，如果一個系統(tǒng)需要規(guī)模擴(kuò)展到去支持更多的用戶籽懦，TCI6?88還可以通過采用RapidIO接口或者外設(shè)去實(shí)現(xiàn)互連于个。鄭小龍總結(jié)說：“TCI6?88是一個三核DSP，它具有很大的處理能力去支持多種多樣的基帶處理暮顺，無需ASIC/FPGA參與厅篓。”? ? ?

? ? ? ?他還強(qiáng)調(diào)說拖云，單核DSP同樣可以取代DSP+FPGA/ASIC方案贷笛，只是單核DSP SOC只可以支持有限數(shù)量的用戶应又，而多核DSP則能夠支持更多用戶和更多功能宙项。鄭小龍指出：“只要DPS具有恰當(dāng)?shù)耐庠O(shè)、協(xié)處理器和處理速度(MIPS)去有效實(shí)現(xiàn)所需的功能株扛，它就可以成為SoC尤筐。在一些情況下汇荐，處理需求受到現(xiàn)行技術(shù)的限制，就必須考慮多核盆繁，例如TCI6?88具有總計(jì)3GHz性能來滿足指定需求掀淘，而單個的3GHz核在當(dāng)今還不能實(shí)現(xiàn)，所以就要采用多核油昂「锫Γ”? ??

? ? ? 其實(shí)，吳曉東也坦承FPGA和DSP雖然不是替代關(guān)系冕碟，但也存在一定的競爭關(guān)系拦惋，尤其是Spartan-3A DSP這種低成本FPGA開始覆蓋更廣闊的DSP應(yīng)用(1-30 GMACS性能范圍)，與DSP的競爭難免安寺。他表示：“目前趨勢是一個往下走(FPGA)厕妖，一個往上走(DSP)，雙方都為了彌補(bǔ)性能上的鴻溝挑庶，都是為了更好滿足市場需求言秸，最終的抉擇取決于客戶和應(yīng)用∮啵”吳曉東指出举畸，很難為客戶選擇DSP還是FPGA劃定一個明顯的界限，目前看來5GMACS以下普通DSP容易實(shí)現(xiàn)凳枝，5GMACS以上可能就需要多片DSP去處理俱恶，這時候FPGA更有優(yōu)勢。? ? ?

? ? ? ?而作為信號處理的傳統(tǒng)主導(dǎo)者范舀，TI則認(rèn)為未來DSP將繼續(xù)是用戶的首選合是。鄭小龍表示，高速數(shù)字信號實(shí)時處理是DSP和FPGA所共同面對的應(yīng)用锭环，兩者都屬于可編程處理平臺聪全，但實(shí)現(xiàn)的方法卻大相徑庭，DSP采用軟件編程辅辩，而FPGA則借助硬件編程手段难礼。當(dāng)一個軟件可編程DSP被用于承擔(dān)任何一種處理負(fù)載時，它就可以成為優(yōu)選的平臺玫锋，因?yàn)橄啾绕渌幚砥鞫贶裕珼SP可以在較低的成本下同時具有好的性能和功耗。他強(qiáng)調(diào)說：“通過在DSP平臺上持續(xù)發(fā)展多種多樣的外設(shè)撩鹿、嵌入式軟件谦炬、加速器和協(xié)處理器，TI DSP將持續(xù)保持作為今天和未來實(shí)時應(yīng)用中優(yōu)選系統(tǒng)構(gòu)架的地位〖迹”? ? ??

? ? ? 但是础爬，吳曉東也表示，他們通過將XtremeDSP核固化后吼鳞，可以將功耗大大降低看蚜，且在實(shí)現(xiàn)MAC功能時，比DSP具有更低的成本赔桌。比如通過Spartan-3A可實(shí)現(xiàn)性能超過20GMACS供炎，但成本不到30美元的方案。