SoC FPGA采用64位ARM核背后的“硝烟”

　　FPGA两大业者Xilinx与Altera战火已经燃烧到了最先进制程领域。Altera在今年6月宣布将采用这一工艺生产下一代SoC FPGA产品Stratix 10以来，这款最新产品的技术细节一直备受关注。而今悬念终于揭晓，Altera透露了Stratix 10核心架构组成，其中CPU将采用四核64位ARM Cortex-A53。这不仅意味着SoC FPGA的胜利，背后的玄机还在于：ARM的竞争对手英特尔有能力针对ARM架构的处理器产品进行量产，而且还是采用自家制程。依照过去的相关纪录，英特尔从未有过针对ARM架构的产品进行量产，此一举动势必牵动全球半导体产业的各大龙头的策略布局。

　　英特尔是求全还是自救？

　　设计厂商基于ARM核的产品交由英特尔代工，与其服务器处理器进行厮杀，恐是市场未来走势的指标。

　　在移动智能终端领域，英特尔一直在排兵布阵，但被强劲的对手——ARM和其构建的生态系统压得有些喘不过气来，而今却又“左右手互博”——开始代工ARM核产品，是暂时性的求全还是权衡下的自救？先前英特尔新任CEO在接受国外媒体采访时表示，英特尔并不排除代工非x86架构的芯片，但这种说法在当时被视为一种空谈，毕竟跨入晶圆代工领域已经是相当罕见的作法，代工ARM架构处理器的策略对于英特尔来说更是不可能发生的事。如今Altera已经公开宣布此一消息，只是佐证了“没有永远的敌人，只有永远的利益”。

　　此次Altera发布的Stratix 10采用了ARM最新的64 Cortex-A53内核，而ARM推出Cortex-A53/A57这一系列64位处理器的目标市场就是进入更高端的通信、数据中心领域。一方面，在服务器等高性能计算市场，英特尔一向有着不可动摇的地位，在移动终端市场大获全胜的ARM此次又剑指英特尔的优势市场，交战升级不可避免。另一方面，如今英特尔已有能力针对ARM的64位架构处理器进行量产，这也意味着只要取得ARM在64位架构的处理器授权的IC设计厂商，英特尔都有机会成为其代工伙伴，这使得英特尔与ARM的关系更加微妙。这些设计厂商是否会将产品交由英特尔代工，然后在制造出芯片之后，在市场上与英特尔的服务器处理器进行厮杀，恐是市场未来走势的重要指标。

　　英特尔近年来频向FPGA厂商投出橄榄枝，从此前的Archronix、Tabula到Altera，这一方面英特尔转向代工业务，需要找到量大面广的产品来成就其业绩，而FPGA无疑是一最佳选择;另一方面随着SoC FPGA的发展和应用的日益拓展，日后英特尔若将FPGA纳入自己的产品线也将是“手到擒来”的事。Altera嵌入式处理营销资深总监Chris Balough提到，目前Altera和英特尔的合作仅限于工艺生产，但IC业界的事是“一切皆有可能”。

　　SoC FPGA将谁的军？

　　SoC FPGA不断在异构的道路上“前进”，对传统的MCU、DSP等市场造成一定的冲击，未来格局将重新划分。

　　SoC FPGA概念自出现以来，不断在异构的道路上“前进”，不仅大大拓宽了应用，获取自身的成长空间，同时也对传统的MCU、DSP等市场造成一定的冲击，未来的格局也将在此消彼长中重新划分。

　　Chris Balough介绍说，Stratix 10是强大的高端SoC FPGA，在业界首个使用了64位四核处理器，首个使用浮点运算DSP模块，首个采用超过1G赫兹的FPGA的逻辑架构。通过这种异构集成，不仅可将系统成本降下来，同时使面积更小、功耗更低。在典型应用中，它们也各司其职，CPU通常承担负荷均衡、流控制以及FPGA资源配置和电源管理等工作;DSP则主要完成浮点运算、矩阵预算和波形处理等功能;FPGA则完成各种数据和信号处理、桥接以及加密引擎等更复杂的数据处理功能。

　　Altera的SoC FPGA也将引发新的竞争。一方面，与老对手Xilinx的竞争在加剧。Xilinx已发布了基于20nm、双核A9处理器的SoC FPGA，由于Xilinx由TSMC做代工，三栅极工艺正在研发中，因此工艺的升级、架构的升级还需要等待。Chris Balough表示，Altera已经就Stratix 10的IP授权和生产分别与ARM和英特尔达成协议，Stratix 10将于2014年第四季度交付流片。Xilinx还有一年左右的时间。

　　另一方面，SoC FPGA也会侵蚀一些处理器、DSP等市场。“在某些应用中，如果处理器在FPGA的周边，我们的SoC FPGA就可将之取代。如果厂商提供的处理器是比较独立的，则不会产生直接的竞争。而DSP产品也同样如此。”Chris Balough指出。

　　为何采用Cortex-A53？

　　Stratix 10的FPGA性能实现2倍提升，功耗降低70%，CPU的吞吐量提高6倍以上。

　　基于强大的核心架构，同时因为采用14nm工艺，Stratix 10的整体性能可以说很值得期待。“异构计算是未来发展的一个趋势。”Chris Balough提到，“通过将ARM处理器、DSP和FPGA高性能集成，较之28nm工艺的SoC FPGA产品，Stratix 10的FPGA性能实现2倍提升，功耗降低70%。”

　　Chris Balough也提到，Altera之所以选择ARM Cortex-A53作为CPU内核，一方面是Cortex-A53是功效最高的ARM处理器之一，而采用14nm三栅极工艺实现后，其数据吞吐量要比当今性能最好的SoC FPGA还要高出6倍。Cortex-A53还具有很多重要的特性，例如支持虚拟化、256 TB存储、支持ECC的L1和L2高速缓存等。这样Cortex-A53内核能够运行在32位模式下，无需修改，就可以运行Cortex-A9上跑的操作系统和代码，这样Altera 28nm和20nm SoC FPGA客户能够平滑地进行升级。另一方面Cortex-A53的目标市场与Stratix 10重叠。借助4核Cortex-A53的架构，Stratix 10可实现的典型应用包括数据中心计算加速中的异构计算、网络和传输中的智能线路卡以及雷达中的异构计算等等。

　　同时针对日益复杂的SoC FPGA系统开发，Altera还实现了软件兼容，提供公共ARM辅助支持系统工具和操作系统支持。Chris Balough介绍说，开发人员可采用业界唯一的FPGA自适应调试工具——具有ARM Development Studio5（DS-5）Altera版工具包的Altera SoC嵌入式设计套装EDS，以及Altera面向OpenCL的软件开发套件（SDK），通过OpenCL高级设计语言开发异构系统，可大大加快调试周期。