Altera：迟来的SoC FPGA有何高明？

2012年12月13日，Altera终于宣布发售其第一款28nm SoC器件的样片，即在一片器件中同时实现了ARM Cortex-A9双核处理器系统和FPGA逻辑[1]。

这里很有趣，Altera的竞争对手——Xilinx早在一年前的今天已经为大客户供货[3]，Zynq-7000也是基于28nm和ARM Cortex-A9双核处理器；在昨天的新闻发布会上，Altera称发售基于低端FPGA系列——Cyclone V SoC 110 KLE的样片，而中端产品——Arria V SoC FPGA要等到2013年二季度上市。

Altera为何迟迟推出？作为一家FPGA创新公司，后来者一定有后来的理由？

           Altera版ARM DS-5工具包
首先我们注意到，这场新闻发布会是Altera和ARM联合举办的，在会议开始时，Altera只轻描淡写地说了一句“今天发售第一款SoC FPGA"，立即娓娓道来了两家公司联手的“Altera版ARM DS-5嵌入式软件工具包”[2]，大谈如何实现Altera SoC器件的FPGA自适应调试功能。
                       

Altera国际市场部总监李俭指出：“……但有一个好的产品，如果没有一个很好的调试和设计工具，对客户来说是一个非常大的挑战，而且非常痛苦。”两家公司早在一年多前开始了这个联合项目，今天终于结出硕果。

具体来说，传统的公司提供ARM芯片时，除了CPU外，芯片接口、硬件加速器、各种配置都是固定的，例如内存的映射，比特域的定义是固定的。所以客户在做产品时，把固定的信息交给CPU，这时CPU在做软件的时候可以规避可能的冲突。
但是FPGA就不同了，你永远不知道客户喜欢把你的FPGA用于什么用途，接口在不断的变化，硬件加速器的功能也在变化，也就注定了内存的映射、比特域等会变化。这时如果CPU没有一种方式能够适应这种变化，做出来的软件设计就有可能会冲突。针对这个挑战，Altera和ARM开发了很多功能。
                     
Altera在架构方面注重四个设计：实时性，可靠性，对于IP的保护，以及灵活性。

                               解决调试壁垒
1，没有单一性的工具/电缆可以同时实现CPU和FPGA域的可视化以及控制功能。

现在市场上SoC调试采用这样的方式：一般需要两套调试工具，硬件调试和软件调试要分开做，硬件调试和软件调试中间的接口部分怎么做联调？用手工来做非常难。例如，一位工控客户反映说，他通常系统的开发调试会花60%~70%的时间，调试时，每次硬件的变化，例如内存的映射、比特域定义，必须手工地去跟CPU做更新，只要犯一点错儿，整个系统就崩溃，难以做自适应的调整。

2，没法实现CPU和FPGA交叉出发，以及硬件和软件事件的关联。

3，没有“固定的”调试器能够满足“变化的”FPGA硬件需求。
Altera现在发布的方案可以用基于Altera USB的Blaster，从传统的硬件公司来讲，他们使用的体验是一样的，他们用的USB的Blaster，可以同时调整基于ARM的DS-5的开发工具，可以同时调试硬件和软件，真正去除了CPU和FPGA之间的调试壁垒。

另外，ARM跟Altera之间有特有的OEM协议，使得双方在商务、开发工具的价格上，能够让很多客户用得起。例如，Altera SoC嵌入式设计套装价格995美元。

也许竞争对手也会和ARM合作推出DS-5工具？李俭自信地说，竞争对手很难在28m这一代与ARM合作，产生这样的产品，因为“这一代的芯片，我们在设计芯片的时候考虑到了一些硬件的设计预留在里面。”
                           
那么，竞争对手的开发套件与Altera版ARM DS-5工具包有何不同呢？李俭的理解是，竞争对手的产品还是基于硬件来做的，其SoC的支持主要是硬件上的支持。

                               两家各有千秋
实际上，据笔者所知，两家基于Cortex-A9双核处理器的产品在性能上有些不同，例如Xilinx Zynq-7000的峰值处理性能提升至1GHz。而Altera的28nm FPGA是800MHz，20nm时将达1GHz。Altera的解释是主频高低不重要，满足客户需求才是根本；另外当主频高时，漏电流等问题出现，因此有个最佳主频，不是主频越高就越好。

Xilinx的Zynq-7000是高中低端全覆盖。而Altera只在低和中端有SoC。Altera为什么先做低端，后推出中端，不做高端SoC？李俭解释道，从SoC FPGA角度来看，使用场景最多的应该是低端，其次是中端。中高端FPGA最大的量是在通信领域。中低端用在工业和汽车或者低端通信。通信领域对CPU的要求非常高，要用的CPU比Cortex-A9双核更强大。

抛开应用场景，笔者的结论是：在此领域，Xilinx在芯片硬件上实力略微胜出，Altera在软硬件协同方面实力较强。

                           未来，软件驱动硬件？
                     
Altera成立于1983年，明年就三十岁了。Xilinx成立于1984年，年龄与Altera相仿。我们常说“三十而立”，表示作为一个人来讲，体力和智力已经成熟了。

从两家公司服务于社会的方面，需要有更前瞻的考虑。例如在深度上，现在28nm、20nm也好，一直到8nm、7nm，可能表现就是More than more，肯定不是仅仅满足客户的需要，还要考虑更多的需要——Beyond Moore's Law，集成进包括ARM等的IP，还有新材料、新结构（3D）的出现。在广度上，两家所服务的对象也在不断变化，1983、1984年只服务通讯，后来还要面向工业，未来可能还要服务消费类电子。

再看看整个IT产业，最开始是硬件驱动，然后有软件。CPU、存储器达到一定程度的时候，才会有相应的软件出现。即最开始是8086、286、386，跑不出Win7、Win8来。但是当硬件驱动满足了一定条件时候，在移动市场出现了一件事——变成软件驱动。即先有iOS、Android或Win7，硬件厂商是基于软件来开发硬件的。

因此，FPGA世界未来有没有可能变成软件驱动?而不是出了芯片，就出一款适合这个硬件平台的软件工具。有没有这种可能？就是由芯片驱动变成软件驱动。因为将来电子产业或者芯片产业，将更重要的是被应用程序和系统来驱动。

实际上，Altera和Xilinx公司都称其软件工程师的比例超过了硬件工程师，这两年Altera积极与ARM等IP、软件工具伙伴合作，Xilinx直接收购软件企业，搞Vivado。

因此，笔者判断，今后软件和软硬件协同的分量还将在两家公司的分量加大。

感谢楼主辛勤分享