電子發燒友網12月“處理器與DSP特刊”火熱下載中，缺你怎可！

　　近幾年，搭乘新興市場（智能工業、物聯網等）和先進半導體技術快速發展先機，FPGA憑借其性能優勢不斷入侵并蠶食著DSP市場，以Altera和Xilinx主導的PLD廠商在各領域攻城拔寨勢如破竹，喜訊頻傳?！癋PGA將取代DSP”之聲日盛。這無疑撩動著傳統DSP大廠的敏感神經，德州儀器（TI）、CEVA、飛思卡爾、Microchip、ADI和NXP等早已紛紛表示了自己對于DSP技術未來發展的信心。

　　現實情況是，由于成本和功耗等原因，在特別大量的應用中通常都沒有FPGA，但可編程的DSP卻是不可缺少的?？偟膩碚f，由于產品生命周期越來越短，通過軟件手段實現更多的功能應是設計者的主要思路。由于FPGA技術的快速提升，功耗及成本的逐步下降，同一片FPGA通過不同的編程數據產生不同的電路功能，使得FPGA在通信、數據處理、網絡、儀器、工業控制、軍事和航空航天等DSP傳統應用領域也得到了更多的應用。已有FPGA廠商表示，隨著功耗和成本的進一步降低并伴隨著性能的提升，FPGA 還將進入更多的應用領域。

　　隨著摩爾定律的進一步推進，半導體技術將更多晶體管集成到FPGA中，在提高其性能的同時進一步降低自身功耗。那么，DSP又是如何在高性能與低功耗之間尋求最佳平衡點的？

　　FPGA加速滲透 CEVA/德州儀器扛DSP大旗

　　作為全球領先的DSP IP內核授權廠商，CEVA公司營銷及投資者關系總監 Richard Kingston強調，實現低功耗與高性能相結合需要關注CEVA獨創的三大技術。

　　一是并行性，既并行執行指令。它允許處理高級并行指令，因此提供了擴展的并行性，以及低功耗特性。SIMD（Single Instruction Multiple Data，SIMD）架構則允許單指令來運行多數據類型，從而減少了代碼大小并增強了性能。反過來，更高的處理效率也帶來更低的功耗。

　　二是使用緊耦合擴展（tightly coupled extensions，TCE），作為節省CPU周期以及功率的一種方法，它實現了DSP功能的硬件加速。

　　最后，Kingston表示，CEVA還在其DSP中配置了專用功率調節單元（Power Scaling Unit， PSU），使電池供電和固定設備顯著地功降低功率消耗，該功率調節單元的特性包含了可以用于動態和泄漏功率的先進的功率管理、與功能單元相關的多電壓域，以及從完全運行到調試旁路（debug bypass）直至存儲維持（memory retention）、完全電源關斷（power shut-off，PSO）的多種運行模式。

　　那么，隨著FPGA與ASIC向DSP應用領域的滲透逐漸擴展和加速，到底該如何把握市場需求和發展趨勢？

　　德州儀器半導體技術（上海）有限公司通用DSP業務發展經理鄭小龍指出，無論如何，DSP在高速嵌入式實時系統中的地位將持續舉足輕重。首先，軟件可編程的特性為客戶的新型應用及特色化設計提供了最大的可能，而相比之下ASIC總不可避免地帶來過于同質化而缺少增值點的廉價產品；其次，對于DSP的投入將是可持續發展，并且無論是人才還是開發平臺都是極易得到的。

　　鄭小龍進一步強調，FPGA作為硬件可編程平臺近年來也獲得了較大的發展，特別是也有集成了嵌入式CPU核心的SOC推出，但是面向通用市場的需求，其體統結構和開發手段還是難以擺脫專業應用的局限，而基于DSP的SOC則具有更為靈活的特色以適用市場的發展。

　　Microchip為了避免和TI的C2000系列DSP直接競爭，他們把旗下的dsPIC系列DSP芯片叫做DSC，其實還是DSP芯片，而且他們一直在推出下新品。還有飛思卡爾、ADI、NXP他們還都有生產DSP，只是他們爭不過TI的專用DSP。主要一點還是發現難以與FPGA芯片抗衡。這里又引出了FPGA這個技術，說到這個，或許FPGA才是DSP的真正敵人。有人說融合，那么，FPGA與DSP兩個小伙伴，會走向哪里？

　　融合之路——FPGA與DSP，會走向哪里？

　　實際上，FPGA區別于ASIC設計，屬于硬件設計的范疇，ASIC是硬件全定制，FPGA是硬件半定制。具體來說 ASIC整個電路都由工程師設計，用多少資源設計多少資源，一般多用于產品設計；FPGA資源事先由廠商給定，并提供不同系列的FPGA芯片，工程師可以在給定資源下做硬件設計開發。

　　DSP主要用于處理信號，實現算法。特點是多級流水，可以加快數據處理的速度。開發環境主要是C語言，可以說DSP應用的范圍更專DSP的設計可以理解為軟件設計，工程師師不需要太了解DSP的結構。

　　FPGA平臺也好，抑或DSP平臺也罷，主要是給設計者提供了一個硬件平臺，開發的核心還是需要獨立的應用設計和高效的算法設計，所以設計者應該處理好工具的掌握和具體設計的區別。但是不可忽視的是，DSP+FPGA處理系統正廣泛應用于復雜的信號處理領域。在雷達信號處理、數字圖像處理等領域中，信號處理的實時性至關重要。由于FPGA芯片在大數據量的底層算法處理上的優勢及DSP芯片在復雜算法處理上的優勢，DSP+FPGA的實時信號處理系統的應用越來越廣泛。

　　鄭小龍表示，TI一直將FPGA廠商視為第三方合作伙伴，常常將通用SOC處理器與FPGA組合使用。現在FPGA里都搭載DSP模塊，Matlab也支持到FPGA的算法到硬件的轉換，當然傳統的DSP是純軟件，這個不需要設計硬件，而FPGA會涉及更多軟硬件設計，用傳統DSP的好處是移植容易，成本低，多數公司會采用。FPGA性能高，成本也高，設計周期相對較長。站在工程師立場，如果你善于軟件設計，DSP會更合適，要是對硬件更擅長，FPGA是個選擇，這個很適合做視頻處理，雷達聲納信號處理。

　　事實上，除開強大的LOGIC功能，FPGA內部可以定制軟核CPU、DSP甚至是多個，也有集成硬核的，輕松實現SOPC系統。其靈活性及功能甚至要強過DSP。這點在系統設計的初期優點非常明顯，當嘗試一個解決方案失敗的時侯，通常不用去修改PCB板或接口，只是修改FPGA內部的系統構建方式及軟件。節省很多時間和金錢。但是與此同時，它存在一個致命缺點，價格高昂。

　　高端制程技術和系統整合是硅芯片融合背后的推動力量。現場可編程閘陣列（FPGA）在硅芯片融合這一個趨勢下加速發展，可編程設計技術的最新進展是片上系統（SoC），整合FPGA和ARM應用處理器，以及豐富的周邊處理器子系統。對于實時嵌入式系統設計，這些技術的融合帶來新挑戰和機遇。

　　短期來看，兩者結合使用更常見；長遠來看，融合是大趨勢。FPGA與DSP，這兩個技術的芯片將會合二為一，甚至可以這么說，在長遠來看，它們或許都會消亡，更高端的技術將會帶來芯片領域的質的飛躍，如今年XMOS宣稱其推出八核可編程嵌入式SoC，誰又能否定它不是燎原之初的星星之火呢。
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文/電子發燒友網執行主編 莫延芬

摘自電子發燒友網十二月份“處理器與DSP技術特刊”中“i創新”欄目，轉載請注明出處！

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