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Semi-Programmable

新架构优化组合

这是有道理的。

片上系统设计的一些组件是静态的。你不可能每两周就回去重新设计一次。乘数器是很久以前设计的,不需要每次月亮改变相位时都重新设计。就此而言,PCI核心也是如此。它们都很稳定,调试良好。您不太可能需要修改或重新配置它们。

那么,为什么在可编程逻辑中构建这些常见功能是有意义的呢?它会受到基于鲁特的实现的性能、面积和功耗的影响,并冒着随机计时和布局问题的风险,这些问题可能会蔓延到带有软宏的大型FPGA设计中?当然,事实并非如此。

主要的FPGA供应商在一段时间前发现了这一点,并开始将非常常见的功能(如乘法器)放在他们的FPGA上的硬的、基于单元的实现中。对于少量的硅投资,稳定的功能可以加速到ASIC性能和功率,为需要它们的逻辑留下更多的lut。这种架构上的增加很有意义,并且已经成为大多数高端(现在甚至是一些低端)fpga的一个公认的特性。

乘法器都很好,但同样的推理不会导致更大、更复杂、更稳定的函数的硬实现吗?事实证明,这种逻辑将我们引向一个滑坡。每当FPGA供应商在他们的FPGA上构建另一个硬宏时,他们让使用它的人的生活变得更好,但对不使用它的人来说更糟。当Xilinx首次推出Virtex II Pro时,许多(可能是大多数)早期用户并没有充分利用在LUT结构中精心布置的PowerPC核心。对他们来说,处理器只是浪费了太多的成本和芯片面积,本可以在他们的应用程序中更好地利用。

厂商提供的产品越多,其设备的最佳用户范围就越窄。Xilinx已经通过其新发布的Virtex-4系列的ASMBL (Advanced Silicon Modular BLock)架构来应对这一问题。新的架构允许设计人员根据需要在FPGA上从四种不同的“特殊”功能组合中进行选择。PowerPC只包含在其中一个组合中。这让事情朝着正确的方向发展,但选择“素食”、“肉类爱好者”或“4种奶酪”的披萨,并不会让你做出你有时真正渴望的“一半意大利辣香肠、一半蘑菇、酱汁、马苏里拉奶酪和切达奶酪”的混合物。

另外,Altera已经通过其硬拷贝解决方案走了结构化ASIC路线。HardCopy允许FPGA设计重新旋转成一个完全掩模编程的实现,以获得更高的性能,更低的功耗和更低的成本。代价是一个小的NRE,几个星期的周期时间,以及可重新编程性的损失。

如果你可以鱼与熊掌兼得呢?如果您可以在掩码可编程逻辑中实现您想要的任何功能,并将可编程性的低效率留给真正需要它的设计部分,会怎样?

豹逻辑提供了他们新宣布的“角斗士”系列。虽然使用角斗士确实需要FPGA设计师所鄙视的可怕的“切换”和“NRE”组件,但Leopard Logic已经努力使这些可怕的阶段尽可能简单和廉价。角斗士所提供的是在同一芯片上的高性能掩模编程和基于鲁特的可编程结构。对于设计中稳定、不变和固定的部分,可以利用织物中经过掩模编程的部分来提高性能、功率和面积效率。对于不同的设计部分,您有基于鲁特的逻辑,可以动态地配置和重新配置。只要稍微提前考虑一下,您就可以将您的遗留IP很好地隐藏在掩码定制部分中,构建自己的超级定制的类似fpga的平台,然后使用可编程结构为多个产品创建变体,或者随着标准和协议的变化而更新。

角斗士的核心逻辑有两种风格,HyperBlox MP(使用单个通道层进行金属编程)和HyperBlox FP(使用fpga式SRAM结构进行现场编程)。他们还采用了完全基于单元的乘法累加(MAC)块和RAM实现,以最大限度地提高这些常用功能的效率。这种混合的组合就是Leopard Logic所说的“CLD”或“可配置逻辑设备”。cld与结构化asic的不同之处在于,它们提供类似fpga的可编程逻辑结构以及掩模定制部分。它们真正代表了ASIC和FPGA之间的中间地带。

角斗士的目标是在FPGA的高端位置,大幅降低单位成本,提高功率和性能。作为角斗士系列的高端产品,CLD25000将拥有超过2500万个“系统门”,其中包括256K掩模编程单元,16K FPGA单元,36K DPRAM和18X18MAC块各256个,以及16个锁相环/ dll。CLD1600是家族中最小的成员,额定系统门约1.6M,每个功能的比例更少。

豹逻辑声称,NRE已经降低到大约5万美元(美元),用于基于金属定制的单层掩模,以及4周的交货时间。虽然与基于fpga的实现相比,这可能有点不方便,但好处是巨大的,许多设计团队可能对这种权衡感到满意。

角斗士的设计流程是围绕一个简单易用的“ToolBlox”座舱,集成了来自Synopsys和Mentor Graphics等行业标准工具。Leopard Logic还与IP供应商合作,为从基于角斗士的设计开始的系统设计师提供了一个现成的逻辑块库。

作为一个概念验证应用程序,Leopard Logic为网络、存储和无线应用程序创建了一个控制平面PowerPC桥。该设计使用了在掩码编程结构中实现的多个供应商的IP,并将可编程结构用于IP-IP接口(通常发生大多数问题的地方)以及以太网MAC总线接口和其他可能需要更改的新设计块。他们声称最终的解决方案以最小的设计工作量、风险和NRE开销提供了卓越的性能和价格。

虽然像角斗士这样的混合解决方案的流行程度还有待观察,但事实仍然是,在基于单元的ASIC和可编程逻辑之间存在着巨大的、未得到充分服务的鸿沟,这应该会在未来几年成为一个充满活力和利润丰厚的市场。最终填补这一空白的创新可能才刚刚开始。

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