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導(dǎo)入FPGA加速數(shù)據(jù)運(yùn)算 智能型手機(jī)效能全面升級

自從iPhone透過增加上網(wǎng)功能創(chuàng)造了一種全新的手機(jī)使用模式后,手機(jī)瀏覽網(wǎng)頁不僅成了所有電信營運(yùn)商必須24小時提供的服務(wù),也是手機(jī)制造商必須加入的功能項(xiàng)目之一。然而,為提升智能型手機(jī)使用者對聯(lián)網(wǎng)功能須快速響應(yīng)的需求,手機(jī)制造商須在非常短的周期內(nèi)提供更強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)性能,以利占據(jù)市場先機(jī)。

隨著現(xiàn)今產(chǎn)品開發(fā)周期越來越短,智能型手機(jī)開發(fā)商為克服面市時間進(jìn)度的挑戰(zhàn),對于如高通(Qualcomm)Snapdragon或者德州儀器(TI)的OMAP這些系統(tǒng)單芯片(SoC)的依賴也隨之增加。但矛盾的是,應(yīng)用處理器須要用2~3年的時間來開發(fā),這意味著使用者今天購買的產(chǎn)品其實(shí)都已經(jīng)是2、3年前就決定好的,以目前智能型手機(jī)的發(fā)展速度來看,這個周期不但太長,而且也非常不符合消費(fèi)市場所期待的周期。

對智能型手機(jī)工程師而言,為了趕上設(shè)計(jì)進(jìn)度,必須使用現(xiàn)成的芯片,但是舊有的應(yīng)用處理器往往不能滿足現(xiàn)有的需求。所以,設(shè)計(jì)人員可以考慮使用別的零組件來彌補(bǔ)現(xiàn)有應(yīng)用處理器的功能。

FPGA銜接應(yīng)用處理器開發(fā)周期空檔

過去透過使用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA),設(shè)計(jì)人員可不須等待就能達(dá)成想做的事。但是近年來這樣的做法已行不通了,因?yàn)閷ΜF(xiàn)今講求低價的智能型手機(jī)而言,F(xiàn)PGA不僅太大,且過于昂貴又耗電。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的FPGA是為那些不受價格、功耗和空間限制的高階應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。

但在半導(dǎo)體制程持續(xù)進(jìn)步以及技術(shù)逐漸成熟后,現(xiàn)在市場上已有越來越多的FPGA專門針對小尺寸、低價、功耗敏感的消費(fèi)性電子設(shè)備而設(shè)計(jì),如萊迪思(Lattice)的mobileFPGA這種新的產(chǎn)品,可彌補(bǔ)應(yīng)用處理器功能上的不足,并銜接處理器開發(fā)周期的空檔(圖1)。

圖1 FPGA可銜接傳統(tǒng)應(yīng)用處理器開發(fā)周期的空檔

手機(jī)傳感器數(shù)目增加 應(yīng)用處理器功耗上升

過往,手機(jī)中的傳感器只用于簡單的功能,如基于環(huán)境光調(diào)整顯示器的背光。但現(xiàn)今傳感器提供許多有關(guān)手機(jī)周圍環(huán)境的信息,這些信息可以在許多不同場合使用。因此,已有越來越多的傳感器被導(dǎo)入智能型手機(jī)中,例如一支智能型手機(jī)可能會有十幾到二十幾顆不同的傳感器。

然而,這對工程師而言也帶來了許多新的挑戰(zhàn),例如該如何處理這些來自傳感器的信息。顯而易見的答案是將傳感器的輸出輸入(I/O)直接對應(yīng)到應(yīng)用處理器中,但是處理器通常沒有傳感器所需那么多的I2C或串行周邊接口(SPI)端口。這也意味著處理器須要尋找其它方式或用往往表現(xiàn)欠佳的通用型I/O處理過多的傳感器輸出。更艱巨的挑戰(zhàn)是現(xiàn)今手機(jī)的體積相當(dāng)小,空間往往是最重要的考慮,有時候甚至比功率更重要。因此,設(shè)計(jì)人員不能只是把多個分立組件放進(jìn)手機(jī)來增加傳感器的數(shù)量。如果現(xiàn)在只有其它非消費(fèi)類的系統(tǒng),那么顯而易見的解決方式就是使用FPGA。但是,根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn),沒有人會將FPGA用在手機(jī)中,因?yàn)槠涑叽缣蟆r格過高且十分耗電。

此外,過往大多數(shù)FPGA主要為許多毋須考慮這些限制因素的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。但是現(xiàn)在已有越來越多的FPGA專門針對小尺寸、低價、功耗敏感的消費(fèi)性電子設(shè)備,特別是為智能型手機(jī)而設(shè)計(jì)。這些搭配應(yīng)用處理器使用的FPGA,可用來彌補(bǔ)現(xiàn)階段應(yīng)用處理器和未來新硬件之間性能上的差距。

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