嵌入式現(xiàn)場可編程邏輯柵陣列(eFPGA)的大量應(yīng)用，宣示著它的時代終于到來。搭載此技術(shù)的芯片被應(yīng)用在無線基礎(chǔ)設(shè)施、人工智能(AI)、智能存儲器，甚至是成本敏感微控制器上。它和中央處理器(CPU)與數(shù)字信號處理器(DSP)一樣是系統(tǒng)單芯片(SoC)，而且無論是在使用1,000個還是500,000個查找表(LUT)的硬件中，都能動態(tài)地重新配置硬件邏輯。

　　為了更加了解這項興崛起中的編程技術(shù)，EDN訪問了Flex Logix Technologies的IP業(yè)務(wù)、行銷及解決方案架構(gòu)副總裁Andy Jaros。Flex Logix是一家在2014年成立的IP公司，它們標(biāo)榜能提供高密度FPGA結(jié)構(gòu)，用于促進(jìn)邏輯可重編程性，讓設(shè)計工程師免于繁重業(yè)務(wù)。

　　在訪談的一開始，我們向Jaros請教了這項科技的起源。Jaros是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的老手，職場經(jīng)驗?zāi)依税仓\(ARM)、摩托羅拉(Motorola)、ARC，以及新思科技(Synopsys)。

　　發(fā)展史︰不算太快

　　eFPGA的曲折歷程要由1990年代說起。長久以來，半導(dǎo)體業(yè)界一直試圖在ASIC中結(jié)合LUT以增加其靈活性。但是，它并不像FPGA一樣擁有可靠的工具鏈，因此缺乏工具一直是在芯片中使用eFPGA IP的絆腳石。

　　Jaros回憶起在這幾十年來，一直都有人宣稱做出了eFPGA結(jié)構(gòu)。他說︰”有些老半導(dǎo)體廠的人說，他們早在二、三十年前就做出來了，但他們建設(shè)eFPGA的方式其實占了很大的空間。”

　　傳統(tǒng)的FPGA使用的是網(wǎng)絡(luò)互連(mesh interconnect)，且互連在FPGA中占了80%的空間。Flex Logix共同創(chuàng)辦人王成(Cheng Wang)開發(fā)了一種階層式的互連(hierarchal interconnect)，所占空間只需要網(wǎng)絡(luò)互連的一半。這大大提升了空間及成本效益。身為eFPGA IP的供應(yīng)商，F(xiàn)lex Logix表示其互連方式可達(dá)90%的利用率，而離散式FPGA使用的網(wǎng)絡(luò)互連只有70%的利用率。

　　圖1 ︰ eFPGA可輕易地在不同大小的匯流排上最佳化。(來源︰ Flex Logix)

　　現(xiàn)況︰生意興隆

　　eFPGA技術(shù)的用途十分廣泛，因為它能支援的對象從小型到大型都有，應(yīng)用方式非常多元。eFPGA的功能就像現(xiàn)成的FPGA芯片一樣，能在幾天之內(nèi)傳送任何大小的陣列。Jaros說︰”ASIC公司正大力地拉攏我們，因為將FPGA功能整合在ASIC內(nèi)能提升性能，并從系統(tǒng)的層次降低電力消耗與成本。”這讓設(shè)計工程師得以完全拋棄FPGA，或是選用更便宜的FPGA，端看應(yīng)用的需求。

　　Jaros也提到，有些傳統(tǒng)上使用FPGA的系統(tǒng)公司也跟上了這些ASIC伙伴的腳步，開始探索eFPGA IP。這是因為它們能減少系統(tǒng)廠中間的堆疊量。另外，由于市場需求隨時都在快速變遷，諸如汽車OEM和Tier 1供應(yīng)商等系統(tǒng)廠無法花上一年來研發(fā)新的產(chǎn)品特色?！币虼?，某些暫存器轉(zhuǎn)移層(RTL)的組態(tài)比十年前的樣子合理得多了?！?/p>

　　同時，有些高端的微控制器(MCU)開始結(jié)合硬件加速器，從而為類神經(jīng)網(wǎng)路AI處理或是專有程式碼加速。這些狀況多半會用到16,000到20,000個LUT。接著，Jaros發(fā)現(xiàn)混合信號公司對eFPGA也有極大的興趣。他說︰”狀態(tài)機(jī)是唯一會在數(shù)位方面改變的東西。因此，混合信號設(shè)計師正期待著eFPGA能為狀態(tài)機(jī)多加一層可配置性，而無需再投資于MCU或完整的軟件操作流程。”

　　圖2 ︰ Flex Logix的eFPGA主體是EFLX 4K ，它包括兩種版本︰全邏輯以及帶有乘積累加運(yùn)算(MAC)的邏輯。(來源︰ Flex Logix)

　　未來︰與離散式FPGA競爭?

　　許多人認(rèn)為eFPGA產(chǎn)業(yè)會威脅到獨立型FPGA，但英特爾(Intel)和賽靈思(Xilinx)在研發(fā)的其實是更復(fù)雜的產(chǎn)品。Jaros表示︰”英特爾和賽靈思正朝向范圍更大的FPGA轉(zhuǎn)型，以支援超大規(guī)模的資料中心，因此他們?yōu)槠銯PGA加上了硬件CPU子系統(tǒng)。我認(rèn)為eFPGA并不至于影響到Intel和Xilink，因為他們賣的是更大、更貴、功能更多樣的FPGA?！?/p>

　　Jaros也補(bǔ)充說明，eFPGA產(chǎn)業(yè)的互補(bǔ)性很高?！蔽覀兒虸ntel及Xilinx的人員討論過，他們完全不認(rèn)為這兩者有沖突。”這也是因為產(chǎn)業(yè)部門非常多樣化，而其所要求的可重組性各不相同，因此eFPGA公司與傳統(tǒng)FPGA公司的沖突應(yīng)該不大。

　　圖3 ︰ eFPGA IP供應(yīng)商認(rèn)為并不會與FPGA公司有所沖突。(來源︰ Flex Logix)

　　試圖自行掌握供應(yīng)鏈的公司也是推動eFPGA業(yè)務(wù)的另一個動力來源。他們可能擁有自家MCU或是ASSP，并依此建立了軟件堆疊。因此，如果多了一些eFPGA的可重組性，他們便能更動安全演算法或是專有程式碼。

　　多家供應(yīng)商都提供了eFPGA IP。相較之下，雖然eFPGA的整合性較高，但在某些特定場合，F(xiàn)PGA的密度比較合用。另外，在處理節(jié)點不斷微縮的潮流下，eFPGA也愈來愈受到喜愛。Flex Logix已能支援從180納米到5納米的處理節(jié)點，并正積極參與3納米的芯片設(shè)計。

　　Jaros如此下結(jié)論︰”我們發(fā)現(xiàn)人們越來越樂意以少部份空間來換取可配置性，因此，在接下來五到十年內(nèi)下線的芯片中，一大部份都會含有一定程度的eFPGA成份?！比招略庐惖臉?biāo)準(zhǔn)與獨特的AI演算法都支持著這個論述，也暗示著在不遠(yuǎn)的將來，eFPGA將大有前途。