赛灵思ZYNQ处理平台将重塑当今SoC市场竞争格局

前几天，赛灵思(Xilinx)在全球隆重宣布推出行业第一个可扩展处理平台Zynq系列，它将ARM Cortex-A9 MPCore处理器内核及其外设与Xilinx 28nm低功耗可编程逻辑紧密集成在一起，旨在为智能视频监视、汽车驾驶员辅助、遥测与制导、企业毫微微蜂窝基站、广播级摄像机、多功能打印机、航空航天电子设备、以及工业控制等高端嵌入式应用市场提供所需的处理与计算性能水平。 赛灵思公司全球市场营销及业务开发高级副总裁Vin Ratford指出：“到2014年，上述嵌入式应用市场的需求总量将达到127亿美元，而单个处理器、单个ASIC或ASSP、单个FPGA均已不能满足这些市场的计算需求，只有处理器+FPGA的双芯片组合解决方案才能满足这些应用市场对灵活性、处理能力、低风险、可扩展性和快速上市时间的需求，但双芯片解决方案在功耗和芯片成本方面则很难满足这些应用市场要求，Zynq系列可扩展处理平台不仅在以上所有方面的表现大大超越双芯片解决方案，而且它彻底解决了双芯片方案固有的FPGA与ASSP/ASIC之间的数据传输瓶颈问题，令计算性能得到了进一步的提升。” 处理器供应商老大英特尔最近也在向这个方向努力，其最新推出的处理器在同一封装内也集成了可编程逻辑器件，但处理器和可编程逻辑之间采用PCI接口进行数据交换，这不仅严重影响处理性能，而且又增加了不少PCI收发器的成本。 而Zynq系列可扩展处理平台采用久经业界考验的通用AXI-4接口来连接Cortex-A9处理器和FPGA，其数据传输带宽高达100Gbps，大大超过PCI。 Zynq系列可扩展处理平台可以帮助系统架构师和嵌入式软件开发人员扩展、定制、优化系统，并实现系统级的差异化。Zynq系列四款新型器件均已得到操作系统、开发环境等工具和IP提供商生态系统的支持。 Zynq系列可扩展处理平台的问世意味着Xilinx已不再满足于胶合逻辑和协处理器供应商的角色，它吹响了Xilinx向更重要的ASSP或SoC市场进军的号角。今天由于40nm和28nm先进CMOS工艺的高进入门槛(NRE支出已在5千万美元以上)，大多数创造力最旺盛的中小型ASSP和SoC供应商已经开始止步不前，不得不将这一发展潜力巨大的应用市场拱手让给有雄厚经济实力支撑的大供应商。 Zynq系列可扩展处理平台大幅降低了ASSP和SoC市场的进入门槛，使得广大中小型半导体供应商不再因受限于资金问题，而被迫放弃自己在一些重要嵌入式应用市场上的梦想和创造力。它也意味着未来的ASSP和SoC市场将不再是一些大供应商的专属领地，而将呈现出龙争虎斗的百家争鸣局面，整个嵌入式应用市场竞争格局将因Zynq可扩展处理平台而彻底改观。 安捷伦生命科学部项目负责人Ralf Schaffer指出：“10多年来，我们一直探讨在单芯片上完美集成处理器与FPGA的可能性，以降低成本，缩减PCB空间。一段时间以来，数家公司进行了此类尝试，但都没有实现真正紧密的高度集成，难以满足我们的目标。然而，随着赛灵思Zynq-7000系列的推出，我们长期以来的梦想终于成为了现实。这意味着安捷伦现在能够采用通用代码库以最低的成本和工程开销推出低端、中端、高端等众多不同型号产品。” Zynq-7000嵌入式处理平台系列的每款产品均采用带有NEON及双精度浮点引擎的双核ARM Cortex-A9 MPCore处理系统，工作频率高达800MHz。该系统通过硬连线完成了包括L1、L2缓存、存储器控制器以及常用外设在内的全面集成。该处理系统不仅能在开机时启动并运行各种独立于可编程逻辑的操作系统(OS)，而且还可根据需要配置可编程逻辑。利用这种方法，软件编程模式与全功能的基于标准ARM处理器的SoC毫无二致。 Vin Ratford表示：“选择Cortex-A9处理器的最高工作频率为800MHz的原因有二：一是客户都希望Zynq-7000嵌入式处理平台能继续保持低功耗特性，二是Zynq平台所带的可编程逻辑可用以实现强大的DSP处理功能(性能超过910GMAC)，甚至可集成Microblaze或MIPS处理器内核来弥补处理能力的不足，因此A9的工作频率无需选得太高。最大的Zynq平台可提供23万个以上逻辑单元。” 应用开发人员利用可编程逻辑强大的并行处理能力，不仅可以解决多种不同信号处理应用中的大量数据处理问题，而且还能通过实施更多外设来扩展处理系统的特性。系统和可编程逻辑之间的高带宽AMBA-AXI互联能以极低的功耗支持千兆位级数据传输，从而解决了控制、数据、I/O和存储器之间的常见性能瓶颈问题。 Vin Ratford说：“Zynq-7000嵌入式处理平台目前已经得到相当正面的市场反馈，全球已有十家客户决定采用Zynq-7000嵌入式处理平台开发产品。其中之一是德国的一家领先汽车解决方案供应商，它将为下一代汽车开发驾驶员辅助系统；另一家是日本的3D广播级摄像机解决方案供应商。” ［转下一页：熟悉的编程环境］ {pagination} 下一代的高端汽车将不仅在尾部、前部和侧部安装红外传感器与雷达传感器，而且还将在汽车前部和尾部安装好几个高清晰度CMOS图像传感器，以辅助驾驶员进行车道校正和泊车。这么复杂的系统输入对信号处理需求提出了很高的要求，但Vin Ratford指出：“Zynq-7000嵌入式处理平台的DSP与存储器性能可完全满足最苛刻的驾驶员辅助应用的要求，不仅如此，而且还能以低成本适应层出不穷且不断发展的摄像机接口标准和驾驶员辅助应用算法。” 他说，与ASIC解决方案相比，Zynq-7010和Zynq-7020不仅可提供类似的功耗和性能，而且在总拥有成本、风险、上市时间、灵活性和可扩展性方面表现更胜一筹。 目前公开宣布的Zynq-7000嵌入式处理平台的早期试用客户有安捷伦、iVeia和美国国家仪器公司(NI)，NI的下一代LabView图形化开发环境将支持Zynq-7000嵌入式处理平台，iVeia是一家可编程笔记本电脑开发商，主要为需要高度安全性、可靠性、鲁棒性和长使用寿命的笔记本电脑客户(如政府和军 队)开发产品。 Vin Ratford表示：“目前日本一家电子书开发商和iVeia一样在用ARM处理器+FPGA的双芯片方案开发产品，我相信很自然地他们会转用性能和成本表现更好的Zynq-7000嵌入式处理平台。” 他说，基本上，Zynq-7000嵌入式处理平台的价格和功耗目前还不太适合用于开发平板电脑，但对一些要求图形处理能力的平板电脑来说可能是个例外，因为不需要再单独购买图形协处理器，Zynq-7000嵌入式处理平台上的交换逻辑就可用来实现图形处理器。 熟悉的编程环境 Zynq-7000系列提供了一个开放式设计环境，便于可编程逻辑中双核Cortex-A9 MPCore和定制加速器的并行开发，从而加速了产品上市进程。软件开发人员可以充分利用基于Eclipse的Xilinx Platform Studio软件开发套件(SDK)、ARM的DS-5和ARM Real View Design Suite(RVDS)，或ARM互联社区和赛灵思联盟计划生态系统的领先厂商(诸如Lauterbach、风河系统、PetaLogix、Green Hills、MathWorks、MentorGraphics、Micrium 和 MontaVista等)提供的编译器、调试器和应用。 此外，利用赛灵思屡获殊荣的ISE设计套件的优势，Zynq-7000系列的可编程结构经定制可以最大化系统级性能，满足特定应用的各种需求。该套件提供了包括开发工具、AMB4 AXI4即插即用IP核和总线功能模型(BFM)等在内的完整硬件开发环境，有助于加速设计和验证工作。赛灵思通过收购高级综合技术领先公司AutoESL进一步提升了在工具方面的进程，提供C、C++以及系统C综合优化Zynq-7000器件架构。未来的版本也将促进Zynq-7000产品系列中处理器和可编程逻辑之间关键算法的无缝衔接。 随着时间的推移，ARM互联社区和赛灵思联盟计划生态系统的第三方厂商将进一步扩展上述解决方案，这是赛灵思目标设计平台的一部分，可提供包括IP核、参考设计、开发套件及其他资源等在内的高效统一的开发环境，从而满足特定应用和设计领域要求。 统一的可编程逻辑架构 Zynq-7000系列嵌入式处理平台的可编程逻辑完全基于赛灵思最新7系列FPGA架构来设计，可确保28nm系列器件的IP核、工具和性能100%兼容。最小型的Zynq-7000、Zynq-7010和Zynq-7020均基于专门针对低成本和低功耗优化的Artix-7系列；较大型的Zynq-7030 和Zynq-7040器件基于包括4至12个10.3Gbps收发器通道，可支持高速片外连接的中端Kintex-7系列。所有四款产品均采用基于2个12位1Msps ADC模块的新型模拟混合信号模块。 ［转下一页：快速推广已经启动］ {pagination} 快速推广已经启动 美国国家仪器公司研发院士 Keith Odom 指出：“可扩展处理平台在单芯片中为可编程逻辑结构提供了高性能处理器和高带宽连接，成为美国国家仪器公司图形设计环境 LabVIEW 的理想选择。该架构具有低时延、高吞吐量等优异特性，支持工业自动化、通信系统以及机器视觉等众多应用领域的创新。” 自 2010 年 4 月以来，加入早期试用计划的客户也已开始评估 Zynq-7000 可扩展处理平台对面向需要多功能和实时响应终端市场应用系统的支持能力，而这正是传统处理解决方案所难以实现的。 赛灵思公司全球市场营销及业务开发高级副总裁 Vin Ratford指出：“我们的Zynq-7000系列为设计人员提供了一个综合平台，可以帮助他们推出自己定制的标准产品，包括从基于Artix-7 FPGA系列的功能的极低成本、极低功耗解决方案到基于Kintex-7系列的更全面、以性能为导向的高端解决方案。处理系统与可编程逻辑的紧密集成不仅能有效降低系统材料清单成本、功耗与尺寸，而且还能作为‘创新引擎’，推动创新应用的发展，将传统 FPGA 技术市场向嵌入式系统领域大幅扩展。” 定价与供货情况 客户可以通过加入早期试用计划尽快着手评估Zynq-7000系列。早期芯片器件预计将于2011年下半年推出，2012年上半年将推出工程样片。Vin Ratford说：“这一时间与我们的竞争对手相比，至少领先一年。” 设计人员现在可立即使用支持 ARM的工具和开发套件来熟悉Cortex-A9 MPCore架构并开始代码移植工作。价格视器件订购数量和具体型号而定。Zynq-7010的大批量订货价格低于15美元。 Vin Ratford指出：“Zynq-7010的价格即便与ASIC相比，也已经具有相当的竞争力。首批最大的器件Z-7040的大批量订货价格也将低于100美元。”

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