时间：2025-02-27 来源：FPGA_UCY 关于我们 0
几十年来，嵌入式FPGA（eFPGA）技术已经以各种形式出现在行业内，对我们来说，eFPGA已经不是新词汇。不过最近，eFPGA技术却突然备受人们的关注，这是为何？
或许这是由于半导体行业内出现了两个基本经济趋势的交汇。
目前，器件设计越来越复杂，SoC设计的现实化（涉及软件工具、工程耗时和制模成本等）也越来越复杂，随着一代代技术的更新，开发成本也在急剧上升。
可相反，设备器件的单位功能成本却一直在下降。例如，二、三十年前，FPGA还比较昂贵，若是将FPGA增加到ASIC的设计中，通常会导致ASIC总体管芯的尺寸和复杂性增大，这样的混合设备成本太高，也不实际，因此，比起用于大批量生产应用，人们更倾向于将FPGA器件应用于原型设计和预生产设计中。不过，时至今日，这种情况已经不复存在了。
SoC设计纷繁，成本较高，导致没有对应产品满足特定市场需求的风险大大增加，而FPGA成本较低，应用也就更加灵活，若利用eFPGA进行产品设计，市场风险便会降低，经济效益也会提升。
eFPGA技术的优势
不过，eFPGA技术不仅仅攻克了这两个关键经济趋势所带来的问题，以此技术为基础进行设计，还有其他的隐藏优势。例如，同时在SoC的一块硅芯片上安装eFPGA IP和其他功能模块，整体设计将实现低功耗、少延迟、高带宽。相比ASIC+ FPGA的解决方案，安装了eFPGA模块的ASIC解决方案不仅功耗更低，性能更优，成本更低，体积更小，还同时保持了设计的灵活性。
eFPGA技术的优点还在于它的特性——eFPGA的可重新编程特性。在市场需求不断更替的大环境下，这个特性使得设计工程师们很容易就能更新SoC，因而他们设计出来的产品能更长久地占有市场，利润、收入和盈利能力也就随之大幅提高。安装了eFPGA的SoC十分高效，不仅能迅速更新升级以支持新接口标准，也能添加新功能以快速应对新兴的竞争威胁，还能催生一系列产品变体以面对细分化的市场需求、最大化成本效益。物联网（IoT）就是利用这种Soc的一个典型案例。
此外，在SoC设计中利用eFPGA技术，可以在提高总体设计性能的同时降低总功耗。有些功能在SoC设计中往往会“吃”处理器的灵活性，但这些功能在FPGA逻辑中却能具有更高的性能、更高的功效。并且，利用大多数eFPGA技术拥有的可重新编程特性，设计工程师可以打造基于硬件的解决方案，并针对特定的问题对解决方案进行重新配置，这进一步提高了设计性能、降低了功耗。
eFPGA技术在人工智能 (AI)、物联网(IoT)、安全和其他领域中的应用
SoC早在很多领域都有应用，增加了eFPGA技术也只是让它多了几个应用案例而已。然而在有些领域，相较于传统SoC解决方案，采用了eFPGA技术的SoC有十分显著的优势。
我们分析过传感器处理，其中EOS S3 SoC中的eFPGA实现了无需设计新版本设备即可完成快速传感器算法和接口更新。与基于云数据的人工智能（AI）相关的语音处理将是人机交互的又一重大发展，未来能够快速，轻松地为支持“智能扬声器”产品的系统（比如亚马逊的Alexa）增加新的触发词。
高度碎片化的物联网(IoT)市场也能很好地证明eFPGA技术确实可以带来实质性收益。物联网(IoT)市场非常庞大，却很少有某个应用可以吸引到大量的市场需求。这也就难怪SoC工程师们会使用基于平台的方法了，通过这种方法可以发挥每个应用程序所有共同的功能，再利用eFPGA技术，又能设计出大量产品变体以面对特定的市场需求或解决新出现的应用，还不需要额外花费时间和成本重新设计ASIC，整个过程十分快速、经济。
一般来说，机器学习都可以利用eFPGA的可重构特性。因为eFPGA模块中的硬件可以随时进行配置和重新配置，所以当计算机遇到一些极其复杂的问题时，利用eFPGA技术便能经济高效地解决。
eFPGA在安全领域也是大展身手。时下，新的安全漏洞或违规事件时不时就会发生，一旦得不到解决便危害巨大。安全算法基于硬件，需要不断被更新，而SoC中的eFPGA硬件恰恰可以更新升级，可随时提供新的防御解决方案。
eFPGA技术的未来
鉴于行业内的发展趋势和单位成本趋势，SoC设计团队将会更多地采用eFPGA技术，eFPGA IP将会大放异彩。然而，与所有复杂技术一样，eFPGA也会面临挑战。eFPGA IP的架构、尺寸、技术皆有不同种类，任意组合便有千百种结果，再加上SoC在不同代工厂和工艺节点进行组建都有一定差异，因此，利用eFPGA一劳永逸地制作出某一个符合所有市场要求的产品是不可能的。除此之外，由于金属层要求不一、跨时钟域设定不同、电源管理机制多样，还可能会出现隐性的集成问题。
尽管eFPGA技术已经有了多种形式，但现在市场还处于从早期试用期向主流使用期转换的阶段。短期内，这一趋势只会在加速。eFPGA的应用案例和终端产品已经越来越常见，小到移动设备，听戴式设备，穿戴式设备，大到物联网(IoT)，大数据，通信中心，可重构计算平台，基于云端的人工智能(AI)等。
不过，只有当可编程逻辑在SoC内高效集成时，eFPGA技术才会成功。当技术、架构和软件工具正确组合，开发团队才会创造完整有效的设计流程，能够无障碍地将概念转化为实际、市场化的产品。
（ 编译）
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