FPGA所具有的设计灵活性和大传输量特性，使其成为传统数位讯号处理器（DSP）元件可靠的晶片解决方案，例如无线基地台、医学影像和图像记录等高性能DSP应用。在很多情况下，FPGA和高密度ASIC、DSP一起配置在同一块电路板上。通常由ASIC和FPGA分担的硬体功能现在主要由FPGA来实现，这是因为FPGA能够为DSP提供最具成本效益的方案，广泛应用于各种领域。

在FPGA与ASIC间寻找解决方案

标准单元（Standard Cell）ASIC由于其性能、密度、复杂的逻辑设计和每单元成本优势而成为常用元件。但是，该类ASIC同样会延长产品面市的时间，开发成本较高，特别是功能需求改变或者产品没有达到预期产量时，将会带来很大的投资风险。例如，许多公司在开发ASIC实现3GPP标准蜂窝基地台的DSP功能时，经济损失极大，其原因在于该标准在其制定过程中总是不断变化。

FPGA不但具有较高的传输量和灵活性，还比传统DSP处理器具有更基本的资料处理能力。由于FPGA可以在硬体中重新配置，因此能够提供完整的硬体订制功能，在各种DSP中实现。 FPGA还具备对关键DSP应用非常重要的特性，如嵌入式记忆体、DSP模组和嵌入式处理器。

采用90 nm技术制造的FPGA可提供多达96个嵌入式DSP模组，384个420MHz 18×18乘法器。这相当于每秒执行超过160-giga次乘法的传输量，性能比当今市场上最快的DSP还要超出30倍。 FPGA提供更多的可编程逻辑单元，实现增强讯号处理功能，如Rapid I/O等高速介面以及DDR2控制器等外部记忆体介面。由于FPGA可提供高达8 Mbits的大容量嵌入式记忆体，因此在某些应用中可以不再需要外部记忆体。

结构化ASIC（Structured ASIC）是FPGA和标准单元ASIC设计的折衷方案，也是开发人员在高性能、大批量DSP应用中重新考虑是否使用传统ASIC的另一个原因。结构化ASIC可实现标准单元ASIC那样的性能和功耗，每个单位成本比FPGA低一个数量级，总体开发成本非常低。从晶片的角度来看，结构化ASIC在预加工基本阵列方面与FPGA非常相似，对给定元件都提供预定义逻辑、记忆体、时钟网路和I/O资源。采用90nm制程技术制作的最新一代结构化ASIC可提供高达2.2M的ASIC逻辑门,以实现逻辑和DSP功能,以及DSP模组专用的1.4M逻辑门和8.8 Mbits记忆体。

结构化ASIC的DSP开发流程

针对FPGA设计的DSP开发流程也可用于实现结构化ASIC，如标准合成、验证、时序分析和等价检验工具等。该开发流程为由硬体和软体划分的DSP系统提供系统级整合能力和灵活性。此外，可以组合各种开发工具来实现完整的设计平台，使用户在单个系统中能够获得硬体和软体组合性能和灵活性优势。

面对结构化ASIC的完整DSP系统设计，需要高级演算法和硬体描述语言（HDL）开发工具支援。最近几年中，用于实现FPGA和结构化ASIC的MATLAB/Simulink工具得到了广泛应用。这种工具使系统、演算法和硬体设计人员能够共用一个通用开发平台，从而缩短了产品面市时间。 MPEG4、JPEG2000、H.264视讯压缩和WiMAX前向错误改正等演算法矽智财（IP）针对FPGA和结构化ASIC进行最佳化，从而进一步缩短产品面市时间。

但是，如果经过验证的初始FPGA设计并没有做为结构化ASIC而去实现大批量产品，该开发过程将会与标准单元ASIC具有同样的风险。为降低这种风险，设计方法必需支援FPGA原型至结构化ASIC的无缝移植。同样地，系统应支援FPGA和结构化ASIC接脚对接脚相容，这样可消除系统重新开发和验证对重新运行设计案和计画进度的压力，从而极大的节省成本，带来前面提到的产品及时面市优势。

结论

过去开发人员不得不采用标准单元ASIC来实现其价格、面积和性能目标。在当今市场上，不断增加的竞争压力和更短的产品生命周期使设计人员没有足够的时间来开发和细化那些性能更高、更复杂的设计，这些设计通常需要较长的验证和模拟周期。结构化ASIC价格低至15美金，密度高达2.2M ASIC逻辑闸，系统性能达到350MHz，为开发人员提供标准单元ASIC合适的替代方案，在大量的DSP应用中，将设计风险、开发成本以及产品及时面市的代价降到最低。

(本文作者为Altera DSP市场经理)

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