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FPGA挑戰(zhàn)SoC優(yōu)勢(shì)

在視頻監(jiān)控領(lǐng)域，F(xiàn)PGA用來(lái)戰(zhàn)勝ASIC或者SoC所依靠的優(yōu)勢(shì)主要有：

第一，可大規(guī)模并行的高密度運(yùn)算；

第二，邏輯可編程的靈活性；

第三，大量3.125Gbps或以上高速SERDES的超高帶寬數(shù)據(jù)互連；

第四，嵌入了ARMA9處理器的FPGA，可以為其內(nèi)部CPU和FPGA邏輯之間提供高達(dá)4GBps或以上的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。

在視頻監(jiān)控這個(gè)FPGA的新興市場(chǎng)，F(xiàn)PGA和ASIC/ASSP兩種方案，依然是共存的，且競(jìng)爭(zhēng)依舊激烈。從本質(zhì)上看，兩種方案都是憑借自己有別于對(duì)方的技術(shù)特色，取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

與ASIC相比，F(xiàn)PGA的功耗偏大、成本偏高的短板也是明顯的。只是，隨著半導(dǎo)體工藝的不斷推陳出新，這些短板也在持續(xù)改進(jìn)之中，我們需要以發(fā)展、變化的眼光去看待。

從宏觀上看，隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，與ASIC方案相比，F(xiàn)PGA的發(fā)展優(yōu)勢(shì)將越來(lái)越明顯，成長(zhǎng)空間也廣闊。因?yàn)镕PGA保持著兩個(gè)根本優(yōu)勢(shì)：

第一，F(xiàn)PGA總是可以基于最新的半導(dǎo)體工藝進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)跨入下一代的升級(jí)。這是許多ASIC方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)椴粩嗍褂米钚掳雽?dǎo)體工藝開發(fā)芯片，意味著開發(fā)階段的投片成本以幾何級(jí)數(shù)增加，這要求每一個(gè)以新工藝開發(fā)的ASIC項(xiàng)目，其市場(chǎng)銷量也需要比上一代成倍增加，如此一來(lái)，能夠持續(xù)與FPGA競(jìng)爭(zhēng)、持續(xù)使用新工藝開發(fā)的ASIC項(xiàng)目只會(huì)越來(lái)越少。觀察FPGA我們看到，由于FPGA是通用的可編程芯片，每次開發(fā)出新一代的FPGA，其投片費(fèi)用其實(shí)是由全世界的FPGA用戶分擔(dān)的，所以在持續(xù)使用半導(dǎo)體新工藝方面沒有障礙。

第二，由于FPGA的升級(jí)換代可以與半導(dǎo)體新工藝的發(fā)展同步，這給予了FPGA在性能、功耗等方面持續(xù)提升的空間，也給FPGA在性價(jià)比方面超越ASIC提供了可能。誠(chéng)然，在不斷演進(jìn)的過(guò)程中，F(xiàn)PGA的成本下降趨勢(shì)可能會(huì)逐步放緩或進(jìn)入平臺(tái)區(qū)。

基于FPGA的以上優(yōu)勢(shì)，我們有理由對(duì)FPGA的未來(lái)發(fā)展空間充滿信心。
未來(lái)需更低功耗與成本

未來(lái)視頻監(jiān)控系統(tǒng)必將變得越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)FPGA提出的要求基本方向沒有改變，即更強(qiáng)的運(yùn)算性能和IO帶寬、更低的功耗、更低的成本。

當(dāng)前的視頻監(jiān)控應(yīng)用，對(duì)FPGA器件性能提出了更高的要求，包括：

一是更高的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。對(duì)于處理1080p分辨率、幀率為50fps/60fps的視頻，F(xiàn)PGA硬件流水線的系統(tǒng)時(shí)鐘至少需運(yùn)行在148.5MHz或以上。還需要FPGA提供160MHz或以上的系統(tǒng)最高主頻。

二是FPGA需經(jīng)常承擔(dān)單位時(shí)間內(nèi)基于視頻幀的高密度數(shù)據(jù)運(yùn)算。不同的算法所需要讀取的參考幀數(shù)量不同。這些高清視頻幀數(shù)據(jù)的快速訪問，需要FPGA提供足夠大的DDRSDRAM讀寫有效帶寬。每增加1幀1080p/50的YUV422數(shù)據(jù)讀取，需DDRSDRAM控制器增加210MBps的有效帶寬。

還需要FPGA提供支持64-bit外部總線位寬，訪問速率達(dá)到1066Mbps或以上的DDR3SDRAM控制器硬核。

三是視頻處理算法FPGA邏輯經(jīng)常出現(xiàn)子模塊的數(shù)據(jù)互連關(guān)系較為復(fù)雜，消耗的布線資源較多，而且產(chǎn)品成本的壓力要求芯片內(nèi)邏輯利用率很高，這些都要求FPGA在資源占用很滿的情況下，具有較高的布通率。

未來(lái)視頻監(jiān)控系統(tǒng)必將變得越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)FPGA提出的要求基本方向沒有改變，即更強(qiáng)的運(yùn)算性能和IO帶寬、更低的功耗、更低的成本。

視頻監(jiān)控產(chǎn)品的價(jià)格定位，是在專用工業(yè)設(shè)備和消費(fèi)電子產(chǎn)品之間，并且逐步向消費(fèi)電子產(chǎn)品的價(jià)格區(qū)間靠近。所以，產(chǎn)品的成本壓力是很大的。

對(duì)于攝像機(jī)產(chǎn)品，往往外觀尺寸都較為小巧。此外，由于攝像機(jī)產(chǎn)品經(jīng)常被安裝在公路邊、廠區(qū)、野外等露天場(chǎng)所，溫度環(huán)境較為嚴(yán)酷。所以，為了達(dá)到較高的使用壽命和可靠性，對(duì)于產(chǎn)品內(nèi)部IC的功耗也有嚴(yán)格要求，需盡量選用低功耗的芯片。

基于此，F(xiàn)PGA廠商在提高FPGA邏輯布通率方面就需要有大幅改進(jìn)。現(xiàn)在，業(yè)界主流FPGA廠商Xilinx和Altera公司相繼推出了基于C語(yǔ)言開發(fā)FPGA硬件邏輯的開發(fā)工具HLS（HighLevelSynthesis）和Open-CL，這將使開發(fā)FPGA算法邏輯的開發(fā)時(shí)間大幅縮短，仿真和調(diào)試效率大幅提高，最終也將大幅提高生產(chǎn)力。但是，軟件或硬件工程師要充分掌握這些基于高級(jí)語(yǔ)言的硬件邏輯開發(fā)工具并非易事，他們需要對(duì)這些編譯器硬件邏輯綜合策略、FPGA硬件架構(gòu)、FPGA設(shè)計(jì)理念等有充分的理解。海康威視公司作為一家視頻監(jiān)控領(lǐng)域的先進(jìn)廠商，在把中低端產(chǎn)品做好做精的同時(shí)，將高端產(chǎn)品相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手實(shí)現(xiàn)差異化，在功能或性能上領(lǐng)先業(yè)界。