导入FPGA加速数据运算　智能型手机效能全面升级

随着现今产品开发周期越来越短，智能型手机开发商为克服面市时间进度的挑战，对于如高通(Qualcomm)Snapdragon或者德州仪器(TI)的OMAP这些系统单芯片(SoC)的依赖也随之增加。但矛盾的是，应用处理器须要用2～3年的时间来开发，这意味着使用者今天购买的产品其实都已经是2、3年前就决定好的，以目前智能型手机的发展速度来看，这个周期不但太长，而且也非常不符合消费市场所期待的周期。

对智能型手机工程师而言，为了赶上设计进度，必须使用现成的芯片，但是旧有的应用处理器往往不能满足现有的需求。所以，设计人员可以考虑使用别的零组件来弥补现有应用处理器的功能。

FPGA衔接应用处理器开发周期空档

过去透过使用现场可编程门阵列(FPGA)，设计人员可不须等待就能达成想做的事。但是近年来这样的做法已行不通了，因为对现今讲求低价的智能型手机而言，FPGA不仅太大，且过于昂贵又耗电。这是因为传统的FPGA是为那些不受价格、功耗和空间限制的高阶应用而设计的。

但在半导体制程持续进步以及技术逐渐成熟后，现在市场上已有越来越多的FPGA专门针对小尺寸、低价、功耗敏感的消费性电子设备而设计，如莱迪思(Lattice)的ｍobileFPGA这种新的产品，可弥补应用处理器功能上的不足，并衔接处理器开发周期的空档(图1)。

图1 FPGA可衔接传统应用处理器开发周期的空档

手机传感器数目增加　应用处理器功耗上升

过往，手机中的传感器只用于简单的功能，如基于环境光调整显示器的背光。但现今传感器提供许多有关手机周围环境的信息，这些信息可以在许多不同场合使用。因此，已有越来越多的传感器被导入智能型手机中，例如一支智能型手机可能会有十几到二十几颗不同的传感器。

然而，这对工程师而言也带来了许多新的挑战，例如该如何处理这些来自传感器的信息。显而易见的答案是将传感器的输出输入(I/O)直接对应到应用处理器中，但是处理器通常没有传感器所需那么多的I2C或串行周边接口(SPI)端口。这也意味着处理器须要寻找其它方式或用往往表现欠佳的通用型I/O处理过多的传感器输出。更艰巨的挑战是现今手机的体积相当小，空间往往是最重要的考虑，有时候甚至比功率更重要。因此，设计人员不能只是把多个分立组件放进手机来增加传感器的数量。如果现在只有其它非消费类的系统，那么显而易见的解决方式就是使用FPGA。但是，根据以往的经验，没有人会将FPGA用在手机中，因为其尺寸太大、价格过高且十分耗电。

此外，过往大多数FPGA主要为许多毋须考虑这些限制因素的应用而设计。但是现在已有越来越多的FPGA专门针对小尺寸、低价、功耗敏感的消费性电子设备，特别是为智能型手机而设计。这些搭配应用处理器使用的FPGA，可用来弥补现阶段应用处理器和未来新硬件之间性能上的差距。