成本和功效
当然,性能并非一切:对几乎所有DSP应用来说,成本和功率也是考虑的关键因素。许多设计人员仍然有这样的错误印象,认为采用FPGA的成本要几千美元。实际上,在摩尔定律的推动下,FPGA的成本已经大大降低,比如,2000年时,百万系统门器件的成本为350美元,而采用90nm工艺后,成本还不到9美元。今天, FPGA产品已经进入了65nm工艺,十多种65nm 产品已经上市并有几种已经量产,而45nm工艺的设计工作也已在进行中。因此,实际上FPGA现在已经成为领先半导体生产技术的重要推动力 – FPGA成为每个新的工艺结点生产的首批器件之一。因此,FPGA将会继续在摩尔定律的推动下进一步降低成本,提高性能。
许多设计人员还认为FPGA是功耗大户。实际上,FPGA能够做到非常高的功效。U.C. Berkeley教授Bob Broderson在其58分钟的教学视频中充分表明了这一点:“利用重配置实现通用低功耗超级计算”(“GeneralPurpose, Low Power Supercomputing Using Reconfiguration”)。在视频教程中,Broderson教授利用国际半导体电路大会上获得的芯片数据回顾了并行机制和功耗之间的相关性。如图4所示,他的结论给出明确的强有力信息:FPGA同时在性能和功率效率方面领先于DSP。(这一点在BDIT 2007年1月11日的DesignLine文章中进一步得到了证实:“FPGA与DSP:有关问题的重新审视”(FPGAs vs. DSPs: A look at the unanswered questions))

图 4.FPGA的能源效率比通用DSP更好
近几年来,FPGA供应商始终将功耗做为优先考虑的问题来抓,并在65nm工艺结点的创新功率优化技术方面投入了大量资金。事实上,一些最新的FPGA采用了与手机芯片一样的制造工艺。
然而, DSP性能的范围、功耗和成本要求非常宽泛,高性能DSP市场也需要一个DSP平台系列来满足如此广泛的要求,单单靠一种器件无法满足高端应用的极高性能要求以及大批量应用对价格和功率的要求。
FPGA平台多元化
几年前,FPGA供应商就开始为高性能应用提供DSP增强的FPGA。赛灵思公司的Virtex-DSP系列就是此类FPGA中的典型例子。今天,FPGA供应商正在推出新的低成本FPGA系列产品来扩充产品线。例如,赛灵思公司刚刚推出了Spartan-DSP系列。
做为两种产品组合中新增加的成员,Virtex-5 SXT 和Spartan-3A DSP平台瞄准不同的应用。Virtex-5 SXT平台有三种器件可供选择,主要面向要求超高DSP带宽和更低系统成本的下一代无线、国防和多媒体视频应用。这些FPGA器件在550MHz时钟下提供了超过350 GMAC/s(即每秒3500亿乘法累积运算)的性能。65-nm Virtex-5 SXT则集中于高性能,值得一提的是比此前的90nm产品消耗的动态功耗低35%。
Spartan-3A DSP是赛灵思产品线中的最新成员,也是第一款DSP优化的Spartan FPGA.Virtex-5 SXT主要集中于性能,而Spartan-3A DSP则致力于价格、性能和功耗的平衡。Spartan-3A DSP平台以低于30美元的批量生产起价提供了超过30 GMAC/s的性能和高达2,200 Mbps的存储器带宽。这一突破性的性能价格比使其可用于以下应用:单通道微小型(pico-cell)无线基站中的数字前端(DFE)和基带解决方案、军用移动软件无线电(SDR)、超声系统、高分辨率视频和智能IP相机。
如图5所示,DSP或高端FPGA无法满足很多此类应用的需要。因此Spartan-3A DSP这样的新器件为DSP技术打开了新市场。

图 5.Spartan-DSP系列了填补DSP和高端FPGA之间的鸿沟。
前景展望
随着FPGA供应商对DSP应用关注的加大,其面向DSP的产品已经不仅仅是提供FPGA器件。例如,赛灵思公司于2000年启动了“XtremeDSP”计划,旨在为通信、多媒体和国防行业提供应用优化的DSP解决方案。XtremeDSP方案包括:
- 不断扩展为DSP设计提供的高性能器件产品线
- 提供开发板和开发套件、参考设计和知识产权(IP)
- 推出用于不同DSP系统设计的方法和设计开发工具
- 提供相关的可编程逻辑、连接功能和嵌入式处理功能
- 建立提供培训和支持的业界和大学战略合作伙伴关系