FPGA:物联网世界致广大而尽精微

“互联网+”的概念在火热发酵中，生态链上的每一环节都在加快“赶场”。对于半导体厂商来说，最激动人心的市场机遇无疑非物联网（IoT）莫属，业内预测到2015年互联设备节点数量将超过150亿，到2020年节点数量将超过500亿。IoT催生了无数潜力应用，可穿戴设备、智能城市、智能电网、个人医疗、工业4.0、智能汽车、大数据中心等都商机无限，引发各路英豪竞折腰。找准物联网的“节拍”、把握趋势的“脉动”已成产业链上游半导体厂商的“必修课”。 物联网引领时代 物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。美国、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网。中国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。 此外，物联网普及以后，用于动物、植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器，为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。物联网需要按亿计的传感器和电子标签，这将大大推进信息技术元件的生产，同时增加大量的就业机会。 物联网产业是当今世界经济和科技发展的战略制高点之一，据了解，2011年，全国物联网产业规模超过了2500亿元，预计2015年将超过5000亿元。 FPGA满足物联网新主张 物联网带来的两大趋势引人注目。一方面，物联网的未来将充满了低成本传感器和驱动器，通过互联网连接至大数据中心。在数据中心内部，在硬件中完成的任务被迁移到运行在服务器的软件中，带来了即使是多线程等方法也不能使软件高效运行的问题，因而需要通过硬件加速来帮助服务器满足任务的实时要求。另一方面，传统的互联网架构并不适合物联网，一是WiFi和以太网连接需要大功率接口，而且这种接口要一直保持工作状态，这与传感器和驱动器的要求相反。因此，各种各样的短距离低功耗网络连接器和集线器应运而生；二是某些物联网设备的任务要求有保证地最大时延，例如电机控制等；三是安全性至关重要。随着物联网的发展，集线器应支持大量的超低功耗网络协议、各种应用相关的实时计算负载以及负责完成认证、加密和功能安全等。 很显然，物联网对芯片提出了“非一般”的要求。“这种变化而且不确定的环境对于ASIC或者标准SoC而言难以胜任，但对于快速而且计算效率非常高的FPGA却是自然而然的。” Altera公司总裁、CEO兼董事会主席John Daane指出，“可高度定制化FPGA和SoC产品可使设计人员能够安全地桥接物联网多种应用中不断发展的各种有线和无线接口标准。此外，还支持对数据分析和控制功能进行加速，高度灵活且具有很强并行处理能力的FPGA能够提高吞吐量，缩短响应时间，提高能效，这是满足新兴物联网应用需求的关键所在。” 着眼于物联网的“新主张”，Altera不断投资各类产品、工具和软件解决方案，为客户提供创新性的产品和平台化解决方案，进一步带动了FPGA在物联网各领域的广泛应用。 物联网应用多点开花 物联网是一张巨大的网，覆盖了人类世界的每个领域，从个人、家居、医疗到城市、工业、农业，无所不包，将各个行业推向联网化和智能化。 智慧城市 智慧城市指充分借助物联网和传感网，发挥信息通信产业发达、传感技术领先、电信业务及信息化基础设施优良等优势，通过建设信息通信基础设施、认证、安全等平台和示范工程，加快产业关键技术攻关，构建城市发展的智慧环境，形成基于海量信息和智能过滤处理的新的生活、产业发展、社会管理等模式，面向未来构建全新的城市形态。物联网在智慧城市发展中的应用涉及整个城市的各个层面，包括电网、交通、市政管理、园林、医疗、楼宇等方面。 而保障各方各面的公共安全是智能城市最重要的职能之一。安防监控最大的挑战来自对于实时高清视频的快速精确处理、分析和响应。一个高度智能化的视频监控系统就仿佛是为城市赋予一双“智慧之眼”，洞察来自城市各处的讯息，并快速做出安全的判断和决策。 而FPGA强大的处理能力、灵活性则为智能化的视频监控应用提供了有力保障。Altera公司和战略IP合作伙伴Eutecus共同推出的ReCo-Pro多通道高清晰(HD)视频分析平台，该平台基于Eutecus的MVE视频和融合分析技术及Altera的Cyclone V SoC和Enpirion PowerSoC器件，可为智能照明、交通监控和建筑物安全提供嵌入式多通道HD视频分析功能。 数据中心 在云计算和大数据市场的驱动下，大数据中心的应用加速需求日益攀升，FPGA成当仁不让的选择。目前市场上的主流服务器供应商都基本已提供基于FPGA的异构体系结构。最近微软的一个Catapult项目使用了Altera的FPGA来提升性能、降低功耗，并已开发FPGA板应用到已公开发布的服务器CloudServer V1中，每秒吞吐性能可提升两倍，其它应用程序和服务也可加速实现。 智能工业 以工业互联网、信息物理系统、制造业创新网络等为特征的智能工业将引领工业迈入转型发展的新时代。智能制造成为两化深度融合的突破口，智能机器人和高端装备制造业呈爆发式增长，工业互联网时代已拉开序幕，大数据应用正从零售、金融、电信、物流、医疗、交通等领域加速向制造业拓展，制造业服务化步伐进一步加快。物联网时代的工业系统需要整合传感器、无线通信、存储和控制处理等各种功能的易于上手的灵活解决方案。Altera与骏龙共同推出的“奥德赛(Odyssey)”开发套件，集合Altera MAX10 FPGA、蓝牙 4.0、环境传感器，为物联网应用度身定制。更特别的是，通过在iOS和Andriod手机上安装专用的应用程序，开发者可直接通过蓝牙接口读写数据、分析数据和远程控制。 在应用最广泛的电动驱动方面，骏龙科技基于MAX10的电机驱动方案，通过FPGA实现马达控制的算法核心，提供高性能、定制化和单芯片的解决方案，替代了传统的CPU/DSP架构实现算法，为马达控制带来质的飞跃。 可以说，Altera的FPGA在物联网的应用已然多点开花，背后彰显的是其产品和方案与物联网应用需求完美对接的成效。 促进物联网全球生态系统发展 在这个多元化、差异化的市场，“致广大而尽精微”的功力需要十足。在新的物联网商业模式下，芯片设计企业的重点不仅仅是单向的提供产品和方案，还应积极迎合市场发展的需求，真正建立起生态圈或融入生态圈。 Altera最近就加入了旨在促进物联网(IoT)全球生态系统的发展工业互联网联盟（IIC）。Altera将与联盟成员在技术发展路线图上一起工作，开发工业互联网，在这一智能设备和传感器网络上，数据通过不同的互联协议进行交换，增强多种终端市场应用的性能。 工业互联网联盟执行总监Richard Soley博士对此表示：“IIC一直处于工业IoT创新和技术开发的最前沿。Altera加入IIC将发挥其在FPGA和SoC解决方案方面的优势，开发更加灵活和安全的IoT系统。” 而通过上述一系列发展不难看出，FPGA在物联网时代的布局已全面铺开。未来，通过技术实力、市场能力和生态圈构建的综合实力，也将是一家公司能否走得更快更远的决定性因素。Altera方面表示，有了有竞争力的技术和产品，未来仍将继续扩大其生态圈。 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载