老莫

自定义型Atom处理器上市—当FPGA遇上处理器

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2月18日看到的最新消息:Intel目前已正式推出首款E600C系列处理器,此款产品整合了Atom处理器核心以及来自Altera的FPGA(现场可编程门阵列)芯片。与此同时控创推出一款带有全新可自定义型处理器的PCIe/104单板计算机

 

Intel终于出手了,这个通用PC界的大佬终于以创新的姿态在嵌入式计算机领域掀起了新的一场革命。

 

电子信息产业以微处理器的发明和FPGA的发明可以明显的划分为3段。微处理器的发明,让电子系统从纯硬件设计的时代转变为软硬件并重且软件成分不断增加的时代。这一点我就不展开讲了,我以前在微处理器发明的真正意义上已经说过了。而FPGA的发明则让电子系统设计进入了“硬件软化”的时代,这一点我也在以前的博文中说过了,有兴趣的同学可以自己去查查。

 

自FPGA诞生以来,将整个系统都融入到FPGA中去一直是FPGA生产商和研究者追求的梦想。而让微处理器的生产商呢,他们设想的是另外一条路,就是以微处理器为中心实现电子系统的单片化。随着微电子工艺的进步,单芯片上集成的晶体管数量不断增加,让FPGA和微处理器都在向更复杂更先进的方向发展。

 

从微处理器的这一条线来看,发展主要是在两个重点上。一方面不断加强处理器的运算能力,充分利用新增加的这些晶体管来改善计算机体系结构,另一方面走上单片集成的道路,让多出来的这些晶体管来做原来需要放在片外的东西。从51单片机的时代开始,这一集成化过程就不断的在推进。

 

从FPGA这一条线来看,则是通过自身容量的增大把很多意见单元都吸收进来由FPGA完成。从最早的前FPGA时代的GAL等可编程逻辑器件,做的是“粘合逻辑”。也就是在实现电子系统的时候需要把各个标准IC组合起来,就需要GAL在中间做点什么译码、控制之类的作用。到后来的CPLD和小容量FPGA的时代,那就是把接口电路大部分给包容了。再到后来就是更大容量的FPGA开始完成很多预处理运算也放进去了,比如什么滤波、FFT变换等等。

 

好了,发展到这个时候。分歧开始出现了。FPGA的好处在于可以灵活的构建一个电子系统,包括CPU在内。而微处理器呢?好处在与开发流程简单,学过点C语言的都能玩得转,还有大量现成的资料和资源可以使用。但FPGA的研究者和生产者先行一步,提出SoPC的概念。既然FPGA什么逻辑电路都可以做,那做一个处理器进去也没什么问题。但这恰恰是问题的开始。设计一个CPU并不难,难的是让CPU又好用又具备很高的性能还得和FPGA很好的配合起来。于是Altera搞了自己的Nios软核,Xilinx嵌入了PowerPC硬核,还有嵌入8051、ARM的。但是很不幸,不管是什么形式的SoPC都没有太流行起来。充其量在高校圈子里让一帮高校教师把FPGA教成了单片机。

 

而处理器这头呢,动作就明显慢了。Cypress推出的Psoc就比SoPC晚了好几年,而且还一直是了无生趣。但是我当时却很看好这一思路。因为现代电子系统的发展趋势就是以处理器为核心。在绝大多数情况下,嵌入式系统的差异性是依靠软件的而非硬件来实现的。以处理器为核心,通过在片上嵌入FPGA的目的是灵活的调整外围接口和设计特定情况下运算加速器。采用PSoC的方法可以明显降低备货压力,也不用费尽心思的去搞什么芯片选项了,只需关注处理器的运算能力如何就可以了。至于接口的差异,那就靠嵌入式的FPGA来实现,需要什么接口,就实现什么接口。可惜由于各种原因Cypress没有把PSoC的推广好,可能也是和这个公司已经在可编程界被边缘化了有关。

 

现在Intel却又把这个思想捡起来,用Atom+FPGA的方法来做。大概是由于Xilinx已经和ARM合作了,此时再去找Xilinx就是明显的自讨没趣了。于是Intel就找上了Altera。但从现在推出的这玩意看,一股山寨之气扑面而来……

大家仔细看看下面:


这不显然是坑爹的嘛……就是把两块独立的芯片封装在一起而已,而且看起来就像在外面裹了一块塑料皮而已。

 

为什么不直接像Xilinx那样嵌入到里面去呢?我长期以来观察发现Altera总是喜欢搞“软核”而Xilinx喜欢搞“硬核”。Xilinx总是能提前Altera半年到一年嵌入一些新的硬核进去。时至今日,Altera嵌入到FPGA里面那些硬件乘法器、高速IO等等还是不如Xilinx用起来顺手。根据我的猜想,应该是和FPGA内部的结构有关系,这一问题还没有做深入研究,如果此次自然科学基金能中,那我就把这个问题好好研究清楚。现在这玩意,充其量是Intel做了一个BGA封装的高级核心板而已,当然后续的单板计算系统能推出,当然是更好了。不知道Intel会不会联合Altera在大学计划上推推这种板子,我的经验来看应该是不大可能的。毕竟与Atom搭配的这个FPGA是Arria II GX的,也算是中高端产品

了。