Xilinx加速推进FPGA在DSP领域应用

      　电子技术天天在突破，视角各不相同。今年全球几大主要的FPGA厂商纷纷把触角伸向了信号处理市场领域。可编程解决方案供应商赛灵思公司（Xilinx) 在4月份宣布推出首个低成本 Spartan-DSP 系列产品以及相应的开发板和增强设计软件，扩展其XtremeDSP解决方案的产品线；并称在价格、性能和功耗三合一组合方面为数字信号处理树立了新的标杆。

      面对算法越来越复杂 DSP有点力不从心

      DSP（数字信号处理）自1965年由Cooley和Tukey提出DFT（离散傅里叶变换）的FFT（高效快速算法）以来,已有近40年的历史。凭借其对数字信息的处理速度快、数据量大、效率高的优势及DSP厂商不断的技术应用研究突破，已经在语音与图象处理、信息的压缩与编码、信号的调制与调解、信道的辨识与均衡、各种智能控制与移动通讯、嵌入式等各个领域得到广泛的应用。然而，似乎科学技术总存在一种规律，随着应用的不断拓展，一项技术总会达到它的应用瓶颈。
   

   “在20世纪70年代当时我们的驱动是音频的关系，当时用微处理器或者是微控制器就绰绰有余了，可是进入了20世纪80年代的时候，这些比较传统的专业的DSP芯片就出现了，可是进入到现在或者未来，三网合一，就是音、数据，还有影像结合，对DSP的要求就相对的提高了非常多，这时就需要DSP和FPGA协作来够满足应用的需求。”赛灵思（Xilinx）亚太区市场营销董事郑馨南在新产品推介会上以通信领域为例回顾DSP应用历史及发展趋势。
  

       据业内一些教授、专家分析，随着算法变得越来越复杂，由于传统处理器架构性能上的局限性，目前专业性的器件所能达到的功能差不多在5GMACS的程度，可是再向上走的一些应用所需要的功能，或者一些性能，传统的DSP则显得有些力不从心了。而FPGA在DSP系统设计和开发中开始扮演重要角色。FPGA能够利用并行结构在单个时钟周期内完成复杂算法，从而显著提高产品性能、成本、功耗、灵活性、上市时间以及产品寿命。

       对于DSP的这个性能差距的问题，一些DSP厂商也在做着努力，已经推出了多核DSP方案以增强处理能力。例如，DSP市场引领者德州仪器在最近推出的两款用于无线基础设施的多核DSP方案中，就包括了一个6核方案。
  

　　针对一些DSP厂商推出多核DSP方案，赛灵思公司中国区运营总经理兼亚太区处理解决方案部总监吴晓东说：“在这个方面我的看法是，第一个他们往上走我们往下来覆盖，这是一个趋势，大家都是为了满足客户应用的要求，怎样能够更好地去提供更多的选择。以前是一个单一的选择，而现在客户就有多种选择了。”
   

　“他往上走是可以理解，但在这个过程中他也碰到了很多的挑战，因为核与核之间是很复杂的，而且还要在一个平台下去支持，所以它并不是一个真正并行的结构。而FPGA天生就是一个并行，你有多少个都是可以灵活选择让它去并行去处理、去运营，而且可以比较灵活地选谁工作，谁不工作。另外在价格上，多核方案由于使用了多个DSP处理器，成本又上去了。”吴先生补充道。

　FPGA来突破DSP性能极限

　　今年2月份赛灵思发布了为实现高DSP性能的Virtex—5 SXT FPGA。4月份开始进入量产的阶段，这个Virtex—5SXT目前有三个器件，分别是即入门级的SX35T、中档的SX50T和高端的SX95T。性能可达到352GMACS。
 

　　赛灵思此次发布的是针对低成本应用的DSP器件，Spartan-3A DSP平台的两款器件 3SD3400A和3SD1800A分别可以提供超过30 GMACS/2200 Gbps存储器带宽和20 GMACS/1500 Gbps存储器带宽。Spartan-3A DSP架构的核心是新的成本优化的XtremeDSP逻辑片 (DSP48A)，可支持设计人员实现许多独立的算法功能。该架构还支持将多个DSP48A逻辑片连接起来完成宽输入数学运算功能、DSP滤波器以及复杂算术功能，不需要使用通用逻辑构造资源。因此可以降低功耗，提供极高性能并可高效率地利用硅片面积和资源。与其它高性能可配置器件相比，新推的DSP48A逻辑片可将通用FIR滤波器的功耗降低多达50%。
   

        针对应用方面，郑馨南介绍到：“作为Spartan-DSP系列中的第一个平台，Spartan-3A DSP与性能更高的Virtex-DSP系列形成互补。Spartan-3A DSP在中低档方面的应用比如说超声波、Pico/Femto基站，消费视频、视频监控、移动软件定义无线电。当然高档的时候，尤其是对高清晰的影像处理比较苛刻的要求的时候，我们的Virtex—DSP就可以应用到那边去。比如说3D医疗成像、高档基站、HD高频、视频广播、雷达和声纳系统、高清晰视频的监控等等。”

　　吴晓东称：Spartan—DSP将在今年七月份生产，现在任何时候都有3400A的样片，客户可以从3400A先设计，设计以后整个功能验证完了，把它优化到1800A，就进一步降低成本。    现在赛灵思有完整的产品系列（Spartan—DSP、Virtex—4、Virtex—5），开发工具现在也非常完整，能够给客户提供一个很完整的支持。

        目前协助应用 未来存在竞争

        在目前的DSP应用中，FPGA主要是作DSP处理器的协处理器，但从赛灵思现有的针对DSP应用的产品线来看，从低端到高端都有覆盖。未来FPGA跟DSP会不会存在竞争或是取代DSP呢？对此观点，吴晓东表示这将是一种共存互补的关系，因为传统的DSP跟FPGA它们两个不同的架构，一个串行的架构，一个是并行的架构，串行有串行的用法，有它应用的环境，并行有并行的应用环境。所以你只有把它放在最适合的环境才能够得到最佳的组合均衡。

        尽管目前FPGA和DSP间是协作互补关系，但随着DSP处理器通过采用提高时钟频率和多核提升性能，相信两者之间的竞争将在所难免。