介紹
通信與網絡是一個規(guī)模龐大的全球性競爭行業(yè)。賽靈思作為網絡通信設備廠商的三大半導體供應商之一，一直通過組裝、開發(fā)和收購新技術和專業(yè)技術來幫助設備廠商實現(xiàn)顯著的產品差異化,，為其客戶提供更大價值，使其邁向更加輝煌的成功,。
在過去幾年里,，賽靈思一直在從行業(yè)領先的FPGA廠商向Smarter(更智能)系統(tǒng)All Programmable解決方案提供商轉型。不過這些術語究竟是什么意思呢？其實指的就是FPGA架構,，所有賽靈思芯片產品（如All Programmable FPGA,、3D IC和SoC）的基礎構建模塊在28nm工藝節(jié)點已達到一個臨界閾值。這個閾值標志著FPGA無論從規(guī)模還是速度方面均已經發(fā)展到了足以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的水平,。在28nm工藝節(jié)點上,，賽靈思的解決方案能夠取代整個ASSP和ASIC，這就是說賽靈思All Programmable器件配備合適的IP和軟件,，能夠成為實現(xiàn)眾多最終產品所需的唯一重要集成電路器件,。這個看似大膽的斷言已有無可辯駁的證據，詳見下文,。
為達到這一水平,，賽靈思已經在芯片產品、IP開發(fā)和收購方面斥資逾10億美元,。開發(fā)的項目包括設計和成功推出基于28nm工藝技術的三大類,、五個獨特系列的All Programmable FPGA產品：
. 首個系統(tǒng)優(yōu)化的FPGA系列：Virtex®-7、Kintex™-7和Artix™-7
. 首個基于Virtex-7 FPGA技術和堆疊硅片互聯(lián)技術（SSIT）的All Programmable 3D IC系列
. 首個Zynq All Programmable SoC系列,，其將雙核ARM®處理器系統(tǒng)與賽靈思28nm FPGA架構完美結合在一起,。
這些進步開創(chuàng)出了作為All Programmable解決方案基石的All Programmable產品組合。但是如果沒有先進的工具協(xié)助將器件用于特定的任務,，賽靈思的客戶沒有能力也永遠不可能充分發(fā)揮賽靈思芯片器件的全部功能,，這樣賽靈思28nm器件系列也就體現(xiàn)不出其特色。事實上這些器件需要更先進的工具,，因為它們的純芯片功能已經涉及到復雜ASSP和ASIC器件的范疇,。
因此，這些28nm器件需要借助新的工具來充分發(fā)揮它們的功能,。這就是賽靈思為何要用數(shù)百名員工歷時四年時間來開發(fā)Vivado™設計套件的原因,。Vivado™設計套件是業(yè)界首款專門針對All Programmable器件開發(fā)的SoC增強型設計套件。賽靈思Vivado設計套件不僅可支持大型設計的開發(fā),，比如針對采用擁有200萬個邏輯單元并具有領先一代巨大容量的賽靈思Virtex-7 2000T 3D IC的設計,，同時還能把生產力提升四倍，以便將此類大型設計迅速投產,。
同時,，賽靈思Vivado設計套件還可支持IP模塊日漸廣泛的使用，因為沒有設計團隊能夠或者希望設計復雜設計方案的每一個模塊,。例如,，設計另一種以太網控制器或者PCIe®接口不會帶來增值，雖然把這類模塊整合到系統(tǒng)級設計中會產生巨大的價值,。這些元件現(xiàn)在可以當作預設計,、預驗證、業(yè)經驗證的IP模塊來處理。這些模塊對設計和實現(xiàn)復雜網絡通信系統(tǒng)至關重要,，這也是賽靈思在過去數(shù)年大力投資戰(zhàn)略性收購和合作伙伴關系營建的原因,。目的是讓內部開發(fā)出關鍵性IP，這樣系統(tǒng)廠商就可以用賽靈思All Programmable解決方案開發(fā)自己的設計,。
在過去幾年里,，賽靈思以通信網絡為重點，通過戰(zhàn)略性收購,，為采用自己的28nm All Programmable器件開發(fā)完整系統(tǒng)提供支持。主要收購活動有：
. Omiino（OTN IP解決方案）
. ModelWare（流量管理和包處理IP解決方案）
. Sarance（以太網和Interlaken IP解決方案）
. Modesat（微波和E頻段回程IP解決方案）
圖1 - 貫穿通信基礎設施的賽靈思SmartCore IP
圖中文字如下：
與內部開發(fā)的用于滿足無線基礎設施和數(shù)據中心應用需求的IP搭配,，這些收購的IP加上內部開發(fā)的IP,，使賽靈思能夠為客戶提供一整套綜合而全面的IP核，便于他們?yōu)榫W絡,、通信和數(shù)據中心應用設計Smarter Systems（更智能的系統(tǒng)）,。賽靈思將這套IP核稱之為SmartCORE™ IP，因為它們是開發(fā)更智能網絡通信系統(tǒng)所需的重要專用構建模塊,。SmartCore是賽靈思現(xiàn)有的LogiCORETM IP系列的補充,。LogiCORETM IP是各種市場和應用領域中所有數(shù)字系統(tǒng)設計所需的基礎構模塊和接口。
什么是Smarter Systems,？
讀者可能會對“Smart”一詞有直觀的感覺,。“智能”指以自動化執(zhí)行任務，不再需要人工來執(zhí)行這些任務,。不論此類任務屬于頻繁,、重復枯燥的工作，還是屬于高度復雜,，需要最好由機器來時刻監(jiān)控的任務,。
但是“智能”的范疇不局限于工作的自動化。“智能”流程還能變得更高效,。以“智能”工廠為例,。工廠中的“智能”機器需要的人工干預要少得多。把這些“智能”機器結合在一起,，就構成“智能”工廠,，將效率提高到新的水平。例如,，如果部分生產線因軟硬件升級效率得到提高,，整個工廠也能加快生產，實現(xiàn)顯著的生產力提升,，比如及時訂購,、按時交付、原材料享受折扣價。智能工廠可隨時自我調節(jié),，以實現(xiàn)最高效率,。
什么是Smarter Networks？
另一種是Smarter Networks,，好比是道路系統(tǒng),，二者有點類似。試想有一個硅谷上班族需要每天從加州的利弗莫爾駕車到圣何塞,，然后駛回,。中途要跨越一個小山脈（大菠蘿山脈）?？缭竭@個山脈有兩條路可供選擇：580號州際公路和84號加州州立高速,。正常情況下州際公路要快一些，但在上班高峰時段往往會出現(xiàn)堵車,，行駛緩慢,。一旦發(fā)生交通事故，580號州際公路就還會封路,。在這種情況下,，84號高速路就是更好的選擇。翻過山脈后,，又有兩條到圣何塞公路可供選擇：680號州際公路和880號州際公路,。
由于日間有大量交通流量通過州際580號、680號和880號,，故它們往往出現(xiàn)嚴重擁塞,。大多數(shù)駕駛員期望能夠提高這些道路的通行能力。最“死板”的方法是增加行車道數(shù)量,，這種方法過去未曾嘗試過,。但是舊金山灣區(qū)(San Francisco Bay Area)，的土地價格昂貴,，交通流量會隨著通行能力的增大而增加,。這對通信網絡來說也是如此。一旦新容量被占用,，又會出現(xiàn)網速緩慢,。
增加道路通行能力有“Smarter”的方法。其一就是掌握交通狀況,，并采取應對措施,。這就是給高速公路增加一條HOV（高載客量汽車）專用道時的情況。乘客超過一人的汽車（或是愿意支付HOV通信費以縮短通勤時間的駕駛員）就可以獲得優(yōu)先權,，更加迅速地通過路網,。另一種智能交通管理的方法則是使用測速燈,，限制速度相對較慢的車流進入高速車流，從而最大限度地減輕速度較慢車流造成的不利影響,。
第三種方法是利用實時交通信息,，從580號州際公路與84號州立高速公路、680號州際公路與880號州際公路中選擇最佳途徑,。駕駛人員現(xiàn)在可以從谷歌地圖(Google Maps)或者類似服務通過移動電話收取此項信息,。最終當車輛自動化程度進一步提高，車輛自身會做出決策,。當車輛開始彼此通信和區(qū)域交通管理系統(tǒng)通信,，交通負荷均衡將在效率上又邁出一大步。
系統(tǒng)設計人員正開始著眼類似的方法以提升通信網絡系統(tǒng)的容量,。固定路由系統(tǒng)正逐漸被軟件定義網絡（SDN）所取代,。SDN能夠在環(huán)境感知算法的基礎上，智能地管理網絡流量,。這些算法除了考慮每一級可供網絡使用的資源，還會考慮流量的優(yōu)先級和服務水平協(xié)議（SLA）要求,。無線領域此類“更智能化”網絡設備的例子包括基于云的RAN（CRAN）和具備集中化基帶處理功能的分布式天線,。
Smarter Networks的趨勢可以解決眾多與網絡擴建和盈利能力相關的問題。
這些問題并非憑空假設,，而是切實存在的,。這里有兩個例子可以佐證：
1. 2000年，在硅谷（Silicon Valley）幾乎每個人收到的圣誕禮物都是個人電腦（PC）,。一個星期后,，每個人都用調制解調器將PC連接到互聯(lián)網上。原本針對假定平均使用負載為每天每條線路5次3分鐘語音通話的PSTN發(fā)生崩潰,，原因是眾多計算機同時在線長達數(shù)個小時,。增加電路交換系統(tǒng)的容量顯然不現(xiàn)實。這種狀況迅速推動了分組交換電話通信的廣泛使用,。
2. 2012年圣誕節(jié),，許多人得到Netflix流賬號。結果Netflix的服務器在平安夜癱瘓,，并持續(xù)了20個小時,，原因是流量陡增。根據Netflix云架構師Adrian Cockcroft的說法,，問題的根源是亞馬遜Web服務的彈性負載均衡功能發(fā)生錯誤,。
為什么系統(tǒng)設計人員開始轉用Smarter Networks設計？因為隨著新穎刺激的帶寬使用方法的引入,，上面例子所示的流量爆發(fā)也出現(xiàn)得越來越頻繁,。Facebook和Twitter這樣的服務可以顛覆正常的網絡流量模式和帶寬容量,。
“死板”地增大網絡帶寬并不是理想的解決方案，因為每一種信息服務都會帶來新的使用模式,，還有隨之而來的各種容量要求,。MP3壓縮標準的引入實現(xiàn)了音頻流，不過在當時（即90年代后期）,，視頻流還無法實現(xiàn),。而今天，視頻已經成為寬帶帶寬消費增長最快的推動因素之一,。更高效的視頻壓縮技術的推廣,，加之以寬帶連接取代撥號上網互聯(lián)網連接，將個人消費者的帶寬消費提高到新的水平,。智能手機的推廣也給無線網絡造成相同的影響,。
最終通信運營商面臨著因一味“死板”地增大帶寬而帶來惡性競爭的難題。他們需要在降低數(shù)據傳輸成本的同時,，找到有效的途徑來提供能夠提高單位數(shù)據收入的新業(yè)務,。
Smarter Networks憑借其感知性、高效性和適應性,，開辟了一條前進的道路,。
無止境的帶寬需求
通信網絡市場最大的推動因素是無止境的帶寬需求，因為流量爆發(fā)會遠遠超過網絡對流量的支持能力,。舉例而言,，賽靈思在世界各地的客戶中，已經有一大批正在積極地開發(fā)和部署基于100Gb以太網的系統(tǒng),，而且其中許多客戶已經在著眼400Gbps和Tb級以太網系統(tǒng),。
網絡容量和吞吐量爆發(fā)
圖2 - 摘自《2011年思科視覺網絡指數(shù)（VNI）全球預測》
但是，這種需求并非是要求不計成本提供帶寬或傳輸容量,。這種需求實際上是要求在增加帶寬和容量的同時,，不斷降低無線網絡和有線網絡的成本。要降低與帶寬或容量有關的成本,，唯一可行的辦法是讓系統(tǒng)能夠更加智能地提供帶寬,。這里的智能有幾重涵義，具體包括：
. 能夠在滿足服務質量要求的情況下,，從相同的傳輸介質中挖掘出更高帶寬
. 能夠把異構無線或有線網絡和數(shù)據中心打造成為無縫帶寬交付系統(tǒng)
. 能夠高效且迅速地適應網絡配置,、網絡使用以及市場需求等方面的變化
上述能力都要求具備多種形式的可編程性。比如在引入更出色的新算法時,，移動通信服務供應商需要重新配置他們的基站,，同時在進行這些修改時，要避免使用成本高昂的上門服務,。數(shù)據中心管理人員需要一種快速配置最新使用模式的方法,，而且這種方法應該無需派人到在大樓中沿走廊前進,，為每一個四層機架修改跳線或是安裝新網絡應用。
可編程技術勢在必行
賽靈思把這種對可編程功能的需求稱為“可編程技術勢在必行”,。從這個角度來說,，如果沒有多種形式的嵌入式可編程功能，就無法設計網絡或通信系統(tǒng)或是更智能化網絡,。因為這樣會造成迅速過時并縮短最終產品的使用壽命,。
賽靈思還進一步認為“可編程技術勢在必行”對賽靈思來說，和對賽靈思的網絡通信客戶一樣,，都具有強制性,。這也是賽靈思開發(fā)28nm產品系列的主要原因之一。（實際上,，這種強制性適用于所有的系統(tǒng)廠商,，因為智能化和可編程功能已經在所有市場的系統(tǒng)中不斷推廣。）
Smarter Networks的三大關鍵特征
一個Smarter Networks應該具備的特征包括：
1. 能夠根據流量,、需求,、QoS和自身健康狀況而進行自我調整。
. 網絡具有內容和環(huán)境感知能力,。
2. 通信服務供應商和運營商能夠以最低的單位比特成本使服務交付具有最大的一致性和可預測性,。
. 網絡采用帶寬模式、成本較低,、結構緊湊、節(jié)能環(huán)保,，可最大程度地減少數(shù)據中心的占用空間和散熱量,，以及安裝在天線桿上的無線電射頻部分的大小。
3. 針對多項運行參數(shù)（如需求,、性能,、健康狀況、可用性和功耗）,，可自主管理,，也可通過遠程管理。
. 網絡元件非常智能,，具備可擴展,，自適應性且可重用的特點。
網絡的智能決策需要回答下列問題：
. 是不是高吞吐量,、低時延的應用,？
. 是否是面向醫(yī)療服務的關鍵任務數(shù)據？,？
. 是否有某個人正在觀看YouTube視頻,？
Smarter Networks能夠在整個網絡域范圍內整合智能和分析功能,，從而解決這類問題。解決這些問題后,，網絡就能夠進行自我配置,，在高效運行的同時還可最大限度地提升利用率并減少成本。
預測性分析能夠優(yōu)化包括蜂窩點和數(shù)據中心在內的全系列有線和無線網絡,。這項工作的難度正在日益加大,，因為運營商的網絡必須通過相同的通道同時處理高清視頻、多通道音頻,、語音和簡單傳感器流量,。如果運營商轉型使用得到賽靈思All Programmable和更智能化解決方案良好支持的自組織或者軟件無線電網絡（SON和SDN），那么就有可能能夠實現(xiàn)更出色的優(yōu)化,。
填補日益擴大的ASIC和ASSP市場空白
與此同時,，面向通信、網絡和數(shù)據中心設備市場的ASIC和ASSP正在以驚人的速度消失,，這是由于在各種應用和器件要求下,，IC設計成本不斷攀升、需求更高的智能化水平和自適應性等多種原因造成的,。此外,，設備市場不再接受“復制”設備設計，這就意味著由于靈活性有限,，基于ASSP的設備設計已經幾乎消失殆盡,。這些日益擴大的市場空白正蔓延所有市場領域。
內部ASIC設計團隊和商業(yè)ASSP供應商：
1. 難以滿足新一代系統(tǒng)的智能化,、靈活性和自適應性等綜合要求,。
2. 難以應對高度細分、快速發(fā)展變化的網絡和數(shù)據中心標準以及應用需求,。
3. 不能支持客戶通過自己的“秘制配方”有效添加差異化特性,。
上述挑戰(zhàn)加上不斷快速攀升的IC設計成本和較長的設計周期導致客戶面臨巨大的解決方案鴻溝。ASSP和ASIC或者導致產品上市進程太慢,，難以滿足OEM廠商或運營商的要求,；或者嚴重過度設計，提供了眾多不同客戶需要的多種不同功能,，卻無法針對目標應用提供最佳解決方案,；亦或無法幫助客戶實現(xiàn)終端產品的差異化?？蛻舨捎肁SIC和ASSP廠商提供的解決方案時往往會遇到上述許多或全部困難,。
圖3 - 賽靈思All Programmable和Smarter Solutions(更智能解決方案)可填補日益擴大的ASIC和ASSP市場空白
圖中文字如下：
最快的產品上市進程 面向更智能網絡和數(shù)據中心的更智能解決方案
差異化靈活性
通過內部開發(fā)的技術和戰(zhàn)略性企業(yè)收購，賽靈思通過完美結合All Programmable領先一代的芯片（FPGA,、3D IC和All Programmable SoC）,、業(yè)經驗證的針對特定領域的獨特IP和針對特定領域的專家,，致力于幫助客戶開發(fā)并交付更智能網絡和數(shù)據中心設備。這些針對特定領域的專家擁有豐富的技術專業(yè)知識,，其中包括包處理和流量管理,、移動、微波和e頻段回程,、OTN以及各種通信連接標準等,。上述三大要素的有效組合支持設備的開發(fā)和部署，可充分滿足未來新一代更智能網絡和數(shù)據中心的要求,。
賽靈思網絡和數(shù)據中心更智能解決方案提供豐富的IP和相關設計專業(yè)知識/專家,，可充分滿足下列三大細分市場的需求：
. 更智能無線異構網絡(Smarter Wireless HetNets)
. 包括邊緣和電信級以太網的更智能有線網絡(Smarter Wired Networks including Edge and Carrier Ethernet)
. 更智能數(shù)據中心(Smarter Data Centers)
這三大細分市場的設計要求與賽靈思All Programmable器件的獨特功能完美契合。
雖然在過去蜂窩無線網絡的基礎是宏基站,，但無線網絡正在迅速地發(fā)展演化成采用多種容量或者等級的基站的異構網絡,。除提供較大覆蓋范圍的宏蜂窩之外，這些網絡現(xiàn)在也開始使用微蜂窩,、城域蜂窩,、毫微微蜂窩和微微蜂窩，用于填補容量間隙,。這些不同級別的基站使用不同的射頻并處理不同的用戶負載,。結果給基站設計帶來真正的顛覆，亟需能夠跨越各種設計盡可能地重復使用IP和算法,。此外,，許多蜂窩標準還在不斷發(fā)展變化中，故芯片級的可重編程功能和可適應性為設備供應商帶來具大的競爭優(yōu)勢,。他們能夠在現(xiàn)場自動完成更新業(yè)務的配置,，同時支持早期的業(yè)務。
有線網絡承載著幾乎全部無線網絡產生的流量,。這個領域的規(guī)則是以更低的功耗提供更高的帶寬。網絡的頂層是光傳輸網絡（OTN）以及內核和邊緣路由器,。設備已經步入100Gbps時代,，而400Gbps和1000Gbps（Tb級）數(shù)據率也已經面世。這個領域的標準也在不斷發(fā)展變化,。僅OTN標準就有超過1,500項修改,，故芯片級的可重編程功能和可適應性對這個領域也至關重要。
隨著谷歌,、Facebook,、Instagram等全球性因特網SAAS產品以及數(shù)以百計與之相似（且大受歡迎！）并日漸依賴大數(shù)據的云服務和應用的發(fā)展,，數(shù)據中心也進入爆發(fā)性發(fā)展階段,。從這些服務流向用戶和訂閱者的各類信息有140字符的Tweet消息,，也有4K UHDTV視頻流，每種業(yè)務都有自己獨特的QoS要求,。毋庸置疑,，也許明天就會有人發(fā)明一種需要不同QoS協(xié)議的全新類型的信息流。所以數(shù)據中心管理人員也需要增強可重編程功能和自適應性,，以充分應對信息類型和QoS協(xié)議的不斷變化,。
結論
賽靈思已經從一家FPGA廠商轉型為一家以Smarter Networking系統(tǒng)為重點的All rogrammable 和Smarter Solution 供應商。賽靈思為已斥巨資開發(fā)了領先一代的28nm芯片器件,，這些系列器件能夠用于眾多類型的系統(tǒng)設計：
. FPGA
. SoC
. 3D IC
每一種器件類型都是一個行業(yè)首創(chuàng)：
賽靈思7系列FPGA是業(yè)界首款系統(tǒng)優(yōu)化的All Programmable FPGA
賽靈思Zynq系統(tǒng)是業(yè)界首款All Programmable SoC
賽靈思3D IC是業(yè)界首款商用量產級別3D器件
賽靈思還進一步投資IP,、工具和服務的開發(fā)，致力于幫助客戶開發(fā)Smarter Networking 產品：
賽靈思投資開發(fā)的SmartCORE IP為設計團隊提供實現(xiàn)Smarter Networks所需的關鍵解決方案,，贏得在嚴酷的全球通信網絡市場上的競爭力,。
賽靈思Vivado設計套件是業(yè)界首款SoC增強型設計工具套件，專門用于使用All Programmable器件的基于IP的SoC風格設計,。
賽靈思設計專家和賽靈思通信設計中心隨時準備根據需要提供幫助,。
賽靈思的這些投資還有助于填補日益擴大的ASIC和ASSP市場空白。這些空白具體而言包括：
難以滿足新一代系統(tǒng)的智能化,、靈活性和自適應性等綜合要求,。
難以應對高度細分、快速發(fā)展變化的網絡和數(shù)據中心標準以及應用需求,。
不能支持客戶通過自己的“秘制配方”有效地添加差異化特性,。
賽靈思通過大力投入和開發(fā)自己的領先一代芯片器件、IP,、軟件和服務,，幫助客戶開發(fā)構建更智能網絡所需的關鍵系統(tǒng)，讓客戶領先競爭對手一代水平,。
通過這些投資,，賽靈思已實現(xiàn)自身能力和解決方案的轉型，提供的功能已超越“膠合”邏輯和橋接功能,，正在客戶設計交付面向無線網絡,、有線網絡和數(shù)據中心的新一代更智能網絡的工作中發(fā)揮樞紐性的作用。
如需了解有關賽靈思更智能化網絡和數(shù)據中心的更多信息,，敬請訪問以下網址：www.xilinx.com/cn/smarternetworks,。