推动“可编程技术势在必行”之趋势

只看该作者 · 2012-5-10 20:49

二十五年以来，赛灵思公司始终处于可编程逻辑革命的前沿，引领FPGA平台技术的发明和不断升级。在此期间，FPGA所扮演的角色也从仅仅用于设计原型胶合逻辑发展到在众多应用和市场中成为可替代ASIC和ASSP器件的高度灵活的解决方案。　　对于那些希望在当今极度不稳定的全球经济环境中成功竞争和生存的全球性系统厂商来说，赛灵思FPGA已经成为从战略上来说非常关键的因素。对于赛灵思公司以及我们的客户来说，曾经的可编程革命已经演化成“可编程必技术势在必行”（programmable imperative）的现实。
　　可编程必技术势在必行
　　从客户的角度来看，可编程技术势在必行是企业少花钱多办事、尽可能减少风险以及为了生存而保证产品差异化的需要。本质上就是追求同时满足互相冲突的要求。这些看起来互相冲突的要求源于不断演化的产品要求，如成本、功耗、性能和密度，以及不断加剧的商业挑战，如市场窗口不断缩小、易变的市场需求、有限的工程预算、不断攀升的ASIC和ASSP沉没工程成本、越来越高的复杂性以及不断增加的风险。
　　对赛灵思来说，要满足对可编程技术势在必行的需求需要从两方面做工作。首先是通过可编程硬件的不断创新，在每个工艺结点在FPGA关键性能指标的每个方面（价格、功率、性能、密度、功能以及可编程能力）都提供业界领先的价值。第二点就是要为客户提供更简单、更智能并且战略上更可行的设计平台，帮助他们在众多行业中创建世界一流的基于FPGA的解决方案。这也就是赛灵思所称的目标设计平台（targeted design platforms）。
　　赛灵思目标设计平台提供了灵活性、可用性以及开发速度的完美组合。简要看一下目标设计平台的三层结构就可以清晰地看到赛灵思是如何做到这一点的（参考图1）。

　　图1：目标设计平台（Targeted Design Platform）

　　赛灵思目标设计平台支持客户用更少的时间完成应用基础部分，从而可以将更多的时间用于提供设计所独有的价值。
　　基础平台
　　基础平台是为赛灵思所有新硬件产品提供支撑的基础，同时也是所有赛灵思目标设计平台的基础。因此，也是开发和运行客户软件应用和硬件设计的最基础的平台
　　基础平台包括一组完好集成的、充分测试和认证的组件，可帮助客户立即开始设计。
　　这些基本组件包括：
　　FPGA硬件ISE Design Suite设计环境第三方综合、仿真和信号综合工具通用的参考设计，如存储器接口和配置设计用于运行参考设计的开发板众多应用广泛的IP，如GigE、Ethernet、存储器控制器以及PCIe特定领域平台
　　目标设计平台的下一层是领域专用平台。领域专用平台通常在基础平台发布后三到六个月发布。每个领域专用平台瞄准赛灵思FPGA三大用户群体中的一个群体：嵌入式处理开发人员，数字信号处理（DSP）开发人员，或逻辑/连接功能开发人员。这也是目标设计平台的真正威力开始显现的地方。
　　领域专用平台对基础平台进行的提升，通常集成了一组可预测的、可靠且智能的专用技术，包括：
　　更高级设计方法学和工具领域专用的嵌入式、DSP和连接功能IP领域专用的开发硬件和子卡针对嵌入式处理、连接功能和DSP而优化的参考设计操作系统（嵌入式处理所需的）和软件这些平台中的每个组件和单元都经过了测试和认证，并且由赛灵思和合作伙伴提供支持。利用合适的领域专用平台开始设计能够节约数周甚至数月的开发时间。
　　特定市场平台
　　市场专用平台综合了多种相关技术，可帮助软件或硬件开发人员快速构建并运行特殊的应用或解决方案。市场专用平台针对汽车、消费、军事/航空航天、通信、音频视频广播或工业科学医疗等特定市场而优化，集成了基础平台和领域专用平台的资源，同时还提供客户专用软件和硬件设计中用得到的更高级组件。
　　与基础平台和领域专用平台相比，市场专用平台可能更多地信赖第三方认证IP.市场专用平台包括：基础平台和领域专用平台、参考设计、以及用于运行参考设计电路板（或子板）。所有这些都针对特定的市场（如，车道偏离预警系统、视频数据分析以及显示处理等）而优化。
　　赛灵思公司通常在发布领域专用平台之后三到六个月发布市场专用平台，主要是通过瞄准关键增长市场的参考设计、IP和软件来进一步增强领域专用平台。最初，赛灵思瞄准的市场主要包括通信、汽车、视频和显示等。所提供的平台组件可帮助快速完成设计中大多数的基本但又耗费精力的工作，这样可以进一步将客户从这部分工作中解脱出来，从而能够将精力真正集中于为最终解决方案创造独特的价值。
　　这种系统化的平台开发和发布策略为赛灵思及其客户提供了持续不断地高效满足“可编程技术势在必行”这一现实需求的框架。
　　平台的支持性要素
　　赛灵思公司对这些平台的不断增强使得目标设计平台的可用性和性能都大大提高。这些基础性的改变和增强主要集中在六个主要方面：
　　设计环境增强提出并实现“可插接IP”概念新的经过认证的参考设计可扩展的统一开发板和套件策略生态系统和合作伙伴扩展支持目标设计平台方法的设计服务设计环境增强
　　Virtex-6和Spartan-6可编程器件所提供的高性能丰富资源，相关目标设计平台也提供了强大功能。这些都使得单一设计流程或环境无法满足所有设计人员的需求。系统设计师、算法设计人员、软件编程人员以及逻辑设计人员分别属于不同的用户群体，每个都对设计方法和相关设计环境有着独特的要求。与采用独立修正工具解决问题的思路不同，赛灵思公司针对每一用户提供所需要的或优选的设计方法学，即利用最合适的设计流程来满足其特定需要。在这一层次上，设计语言可以是HDL （VHDL/Verilog）、C、C++、Matlab或其它某类设计人员广泛使用的高层语言。设计抽象也从模块或器件，延伸到系统级。结果就是为每一用户群体提供了最适用的设计方法学和完整的设计流程，包括设计创建、设计实现以及设计验证。
　　为说明这一问题的复杂性，我们来看一下“逻辑设计人员”这一用户群体。要充分了解他们，就必须考虑这一群体在不同专业技术层次的需求。这一群体的一个最基本特点是希望用最少的工作量或知识就能够完成设计，即他们是所谓的“按钮式用户”（push-button user）。按钮式用户只需要“够好”的结果就行了。与他们不同，更为高级的用户就需要一定程度的交互能力来从设计中获得更大的价值。而“专业级用户”则需要对大量的参数进行完全的控制。再考虑一下传统的ASIC设计人员，由于ASIC开发不断提高的成本和风险，他们需要将原有设计移植到FPGA（一个正在发展的趋势）。很明显，赛灵思公司必须提供每一类用户所熟悉的能够满足他们要求的目标设计流程和工具。
　　ISE Design Suite最新版本包括的大量修改都是与实现目标设计平台相关的。新版本提供了完全的工具链，可满足嵌入式、DSP以及逻辑和连接功能设计人员等每个用户群体的专家级用户需求，同时还包括了针对按钮式用户和ASIC设计师等群体的特殊调整。嵌入式和DSP设计流程的紧密集成可支持单系统内无缝集成嵌入式、DSP、IP和用户模块。
　　为进一步提高生产力并帮助用户更好地管理设计复杂性，新版ISE Design Suite支持设计人员通过在设置中简单地选择设计目标来确定面积、性能或功耗要求。然后，设计工具就会通过特别的优化来帮助满足设计目标。此外，ISE Design Suite还大大加快了布局布线和仿真运行速度，编译时间缩短了一倍。最后，赛灵思还采用了FLEXnet许可证技术，通过流动许可证跟踪设计工具使用情况。
　　可插接IP（Socketable IP）
　　赛灵思发明了可插接IP（socketable IP）这一词来表示不需要很多支持客户就可方便使用的IP，也就是即插即用型IP.远在制定即插即用型IP标准之前，赛灵思早就已经在开发IP核。然而，过去10多年，随着IP行业逐渐成熟，拥有大型IP库的企业开始认真考虑保存和扩展这一投资的方法。为实现这些目标，IP行业采用的标准之一就是IP-XACT.赛灵思也开始采用这一行业标准的IP库格式。将ISE Design Suite中的CORE Generator（TM）工具开放给第三方和客户IP，从而支持设计重利用。COREGenerator软件提供了用户可定制的功能目录。就复杂度来说，从存储器和FIFO等通用功能，直到滤波器和变换等系统级构建模块都有。
　　此外，赛灵思还采用并扩展了建议的IEEE IP Quality （QIP）标准，并将其同时用于赛灵思自己以及合作伙伴开发的IP.作为行业领导厂商，赛灵思公司很久之前就开发并提供专有的加密技术，并且是唯一经过认证的符合美国国内政府标准的安全解决方案FPGA供应商。现在，赛灵思正在利用其丰富的知识和经验来帮助推动IEEE标准（IEEE Std 1735）。一旦获得批准，这一标准将可使赛灵思简化IP库中所有可插接IP（无论是谁开发的）的安全保证。
　　经过认证的参考设计
　　通过认证参考设计的分类方法，赛灵思与强大的第三方合作伙伴一起理顺了参考设计的开发和提供过程。认证参考设计满足并超过标准参考设计的要求。赛灵思将会继续支持许多标准参考设计（参考表1），但认证参考设计将尽可能基于经过认证的IP组件。他们在目标硬件上的使用是有保证的，并且在产品生命周期内都能够获得支持。
　　这一创新的影响为多个领域提供了一个共同的起始点，可满足不同用户群体的要求，因此将会涉及到目标设计平台的每一层。这样，新的基础平台将为所有领域提供更大的互操作能力并提高易用性。

参考设计标准	传统	标准	认证
xilinx.com网站提供	x	x	x
适配最新的Xilinx 器件 (如, Virtex-6 and Spartan-6 FPGAs)		x	x
经过验证		x	x
支持和升级承诺			x
集成多种构建模块			x
可扩展包含用户逻辑			x
采用同类最佳的认证IP			x

　表1：参考设计标准矩阵　　

统一的开发板战略
　　从Virtex-6和Spartan-6系列开始，赛灵思采用了新的统一开发板策略，使得赛灵思公司及其生态合作伙伴厂商更高效地创建标准化的互相协调的基础开发板。这些可扩展的灵活的基础开发板都采用了子卡扩展的业界标准FPGA多层板（FMC）。VITA支持的FMC （VITA 57）标准在开发时就考虑到了FPGA，并且获得越来越多的硬件、开发板和系统厂商支持。我们所有的基础开发板都采用这一标准，因此为所有赛灵思目标设计平台创造了一个统一的可扩展的板开发机制。
　　基础开发板 FMC子板

图2：卡和FPGA之间的灵活互连

　　生态系统和合作伙伴扩展
　　过去二十多年时间里，赛灵思公司及我们的合作伙伴通过赛灵思合作伙伴计划开发了大量IP、开发板、工具、服务以及技术支持项目。在这些联盟合作伙伴的基础上，目标设计平台将会在第三方IP、软件、开发板和设计服务方法有更长足的发展，并且能够更好地为客户设计服务。为了更好地促进合作伙伴产品与赛灵思设计平台的集成，赛灵思正在从传统的封闭平台方法向开放平台方法转变。具体来说，赛灵思正在进一步转向行业标准接口。例如在IP领域，赛灵思开始采用业界标准互连标准、IP库标准以及业界标准的加密方法。赛灵思还将定义并开发应用编程接口，进一步方便在用户设计流程中采用第三方工具，从而真正使用户能够方便地使用同类最佳的设计创建、验证和实施工具。
　　这些改变极大地方便了设计人员以及赛灵思第三方联盟合作伙伴，使他们能够更容易地将自己的产品和服务集成到标准化的开发、集成和最终提供体系中来。这些改变将会极大提高第三方联盟合作伙伴以及我们共同客户的开发效率。
　　工程服务
　　赛灵思公司提供的工程服务以及第三方联盟合作伙伴提供的经过认证的服务进一步增强了目标设计平台，允许客户将更多精力集中在核心竞争力所在、进一步提高从产品开发到产品上市的速度并降低固定工程成本。这些服务为客户提供了所需要的工程资源，可帮助他们提升自己的设计团队。同时这些服务还为客户提供专业的针对特定设计的建议。赛灵思公司根据客户要求来定制其工程服务，范围从实际动手的培训直到提供全面的设计创建和实现服务。
　　具体来说，赛灵思工程服务包括赛灵思设计服务、钛金级特种工程服务以及QuickStart 赛灵思设计服务的FPGA设计专业人士可帮助客户完成所有设计或其中某些部分。这些资深的专家队伍能够为客户提供专注于项目设计和管理的交钥匙式开发能力。钛金级特种工程服务为客户提供专门化的FPGA能力。这一现场工程服务方式专注于目标设计平台的基础级和领域专用级（如提供FPGA嵌入式设计经验）。QuickStart 是一种预先定制的服务选择，为客户提供两天的专门培养和三天的实际动手培训，利用基础平台级以及领域专用级的多种不同组件为客户设计提供支持。
　　目标设计平台应用举例例子： Spartan-3A DSP FPGA视频入门套件
　　通过Spartan-3A DSP FPGA和视频入门套件的推出，赛灵思成功地测试和验证了目标设计平台概念的相当大部分。Spartan-3A DSP FPGA视频入门套件采用的基础平台包括一片Spartan-3A DSP3400A FPGA和基础IP.从这里出发，赛灵思添加了领域专用的组件，如一块FMC-Video I/O子卡，一个CMOS相机模块以及全面的赛灵思开发工具，包括一年的嵌入式开发套件和System Generator for DSP使用许可。为加速开发过程，这一市场专用平台还包括了围绕一种嵌入式设计框架的视频参考设计，用户可以快速方便地定制来实现视频流水线模块。利用参考设计作为起点，用户在数小时内就能够实现可运行的定制视频设计。此外，客户还可直接拖动使用丰富的赛灵思IP库和参考设计，并将其置入开发套件所提供的基本参考设计框架中。
　　这一方法将应用于包括Spartan-6和Virtex-6 FPGA在内的所有新推出的产品系列中，进一步彰显目标设计平台的价值。这样，客户不需要再从开发基本的硬件电路板或基本设计和框架入手，就可直接进入具体应用的开发过程。
　　总结
　　产品和技术复杂性不断提高，开发周期却越来越短，预算也更为紧张。因此，要做到完全的敏捷，开发团队需要新的设计方法和工具。Virtex-6和Spartan-6系列器件以及目标设计平台战略同时推出是赛灵思公司致力于帮助客户满足可编程能力必不可少这一现实需求的长期战略在执行过程中的一个重要转折点。