我们盼望着能让各种终端设备共用同一种芯片，以便随时随地实现所需的功能。遗憾的是，今天这种芯片还并不存在，但我们也许已经离目标越来越近了：现在有一种芯片，可通过有效的擦除硬件设计迅速给自己重新布线，而生成适合所要运行软件的“新”硬件，它有能力适应任何编程任务。

　　有朝一日，总会有人研制出适用于多种消费设备的芯片。这种芯片将具有足够的智能而成为能在全球各地使用的蜂窝电话的核心部件。如果接收情况差，这种电话还会自我调整以改善质量。同时，这种设备还可用作手持式的音乐、视频和游戏播放器等。

　　遗憾的是，现在我们还没有这种芯片。由于它需要灵活性、高性能、低功耗、低成本，而且要在其支持的多项功能变得过时之前迅速投放市场?因此设计这样一种芯片需要跨越一直以来硅准则在体系结构上的过多界限。每个工程师都知道，芯片设计需要考虑折衷方案，而迄今为止，还没有人想出办法让一种芯片同时满足消费设备的所有标准。

　　也许一种新的芯片可望实现这一理想。这种芯片通过有效的擦除硬件设计，重新生成完全适合所要运行软件的新硬件。这种新芯片能够迅速重新给自己布线，从而生成以极快速度运行软件所需的精确硬件。这种可重新配置芯片很可能使保持了十年之久的可编程芯片与硬连线定制芯片的力量对比发生变化。

　　可重新配置芯片在灵活性方面领先可编程芯片一大步。在这种技术中，“重写”硅这种做法不仅可行，而且非常简便，在极短时间内就能执行新功能。如果这种具有自适应功能的芯片能达到与硬连线芯片同样的性价比，顾客必将放弃静态硬连线方案。如果硅确实能变成动态的，那么信息时代的设备也都将是动态的。可以想像到那时，你再也没必要分别购买照相机或磁带录像机，你只需购买一种设备，然后在拍照片或录像时为其下载新功能即可。考虑到消费者对丰富多彩的新品的热望，配备这种芯片的设备明年就可能出现。


　　市场风起云涌


　　从理论上讲，可重新配置芯片相当理想。它正在无线领域兴起，并将会由此而发展壮大。

　　目前速度最快但最不灵活的芯片——硬连线定制芯片，是一个产值达170亿美元的行业，由LSI Logic等公司主导；数字信号处理器（DSP）是主要用于蜂窝电话、汽车和音乐播放器等众多领域的高性能可编程芯片，近年来其市场迅猛增长，已经形成了产值达61亿美元的市场，领头羊为德州仪器公司（TI）；可编程逻辑芯片（利用软件工具可对大量存储单元进行编程，从而执行硬件功能）比DSP芯片灵活，但其速度较慢、价格较高，目前其市场规模约为74亿美元，市场领导者是Xilinx和Altera等公司。美国Forward Concepts市场调研公司总裁威尔· 斯特劳斯认为，可重新配置芯片将逐渐蚕食上述各个市场，其销售额将从2000年的3．3亿美元增至2004年的13亿美元。斯特劳斯表示：“从理论上讲，这种可重新配置芯片相当理想。如果有一种较简便的方式可实现同样的功能，那么原有的芯片公司就要面临危机了。现在，可重新配置芯片正在无线领域兴起，并将会由此而发展壮大。”

　　即使可重新配置芯片的前景十分美好，但现在还并未大获成功。8年前，美国五角大楼下属核心研究机构国防部高级研究计划署曾为可重新配置计算项目注入了1．25亿美元，但成绩并不理想。对芯片而言，完全按照准确的时间表对硬件进行配置以免软件滞后，需要极其严格地安排研发进度。

　　QuickSilver是一家为移动手机生产可重新配置芯片的公司，其CEO贾梅·卡明斯认为，可重新配置性不仅是芯片技术的问题，更是开发工具的问题，而做好工具需要数年时间，这就是十年来可重新配置性向来是芯片设计中的难题的原因之一。

　　目前，涉足可重新配置计算的几家新兴公司已选择下一代无线市场作为主战场。除了QuickSilver和Chameleon外，美国的Morphics科技公司也将目标对准了无线市场。这项技术正呈现出美好的前景。

　　与此同时，其他芯片厂商也紧紧抓住这个市场不放，他们试图以提高原有产品的性能来占领这个市场。德仪声称，它能以很快的速度改进DSP性能，以满足通用蜂窝电话对于速度与灵活性两方面的需要。此外，德仪执行副总裁兼首席营运官理查德·坦普尔顿认为，他们生产的芯片拥有比可重新配置芯片多得多的应用。


　　变革刻不容缓


　　网络时代改变了一切，所有芯片生产商都必须努力变革以顺应时代。

　　惰性也许是可重新配置计算面临的最糟糕的问题。工程师们迟迟不肯求变，因为他们觉得用原有方法设计芯片更轻松，这种方法为他们提供了一系列可编程或硬连线的选择。的确，目前已有二十多种微处理器体系结构，而通信及消费电子产品市场到底需要多少种体系结构则没人说得清楚。生产可编程逻辑芯片的生产商Xilinx表示，如果为了改变应用人们愿意等0．1秒的话，他们的芯片也能满足对柔性的需求。

　　但网络时代改变了一切，所有芯片生产商都必须努力变革以顺应时代。现在数码相机等产品的生命周期仅六个月，因此产品投放市场的时间比以往更重要。通常为订货至交货的时间极长所累的定制芯片生产商，正在研究使芯片更加灵活的混合体系结构。同时，可编程芯片生产商正努力提高产品性能。

　　现在，Altera和Xilinx的可编程逻辑芯片可提供数百万个门电路，而每枚芯片仅售10美元，这无疑归功于半导体微型化方面的进步，从而使这种芯片的性能得以赶上绝大多数的硬连线定制芯片。即使LSI Logic等公司生产的硬连线定制芯片，如今也提供一定程度的可编程性，但一大批新兴公司已经开始选择“可配置”微处理器，从而可以迅速更改设计以满足自己的需求。但这些芯片的灵活程度还很有限。美国Chameleon系统公司总裁兼CEO福克斯说，结果将是“所有不同种类的芯片生产商会合在同一个战场上”。


　　出奇制胜


　　可重新配置芯片的推崇者预言，这种芯片将大批进入如今采用DSP或微处理器的各种设备。

　　美国Raza Foundries的创办人、董事长兼CEO阿特丘·拉扎认为，硬连线芯片仍拥有最佳性能，因而注重性能的网络仍会长时间需要它。但他预料，可编程芯片将会打破定制芯片在接入网络中的优势。

　　实际上，可重新配置芯片进军市场将面临众多竞争。首先，可编程芯片一直在进军各个领域的半导体市场，众多新兴公司生产的可编程“网络处理器”正取代定制芯片。新兴公司认为，由于处理协议与标准变化极其频繁，因此芯片的可编程性必不可少。例如，nVIDIA的最新图形芯片即由硬连线体系结构改为可编程体系结构。其次，可处理从声音到视频等多种数据的所谓的“媒体处理器”又重新流行了起来。

　　QuickSilver公司的技术顾问尼克·特兰登尼克表示，对消费者来说，拥有可重新配置芯片的日子应该不太遥远。届时，蜂窝电话可用来通话、传送视频图像、连至互联网、保存日历，甚至旅行途中充当娱乐设备，而用不着像现在这样插入适配器。

　　QuickSilver计划，今年或明年初，开始向蜂窝电话生产商交付这类芯片，他们生产的可重新配置芯片是“自适应计算机”（ACM），即一种配备每秒可重写数百次硬件的可编程逻辑芯片。它包括两部分：一是为硬件部件充当可快速获取的库，即高速缓存；另一个是类似空白板的部件。如果需要，芯片从库中取出硬件部件，将其涂在空白板上，部件在此执行需运行的软件。一旦完成，硬件部件即被擦除，涂上新部件，以处理软件的下一部分。虽然分秒不差地把所需部件映射到空白板上需要复杂的调度机制，但这种方法有着潜在的巨大优势。

　　这种芯片的尺寸会更小，因为空白板允许其从存储器取出硬件部件，这意味着，它不用宝贵的芯片区就能存储整个硬件部件库，而现有的微处理器却做不到。没有这种空白板，微处理器只好让整个库处在适当位置，一直处于耗电状态，即使在某段时间仅使用1％到5％的电力。

　　相比之下，QuickSilver芯片只使用在任何某一时候需要的部分硬件，而且只有功能激活时才使用电力。举例说，如果QuickSilver的系统需要处理视频图像，芯片就会向硬件库寻找视频处理部件。一瞬间，它会把所需部件放到空白板上。硬件就会准备处理要求执行的软件。如果视频处理工作完毕、需要三维图形部件，芯片就会擦除板上的内容，把视频处理部件返还库中，然后取出三维处理部件放在空白板上。

　　卡明斯估计，ACM处理数据的速度将与定制芯片一样快，比DSP快10至100倍，而功耗将仅为上述两种芯片的十分之一、尺寸仅为二十分之一。换句话说，可延长电池寿命，降低芯片成本。ACM总的性能要超过DSP，因为ACM只构造执行软件所需的实际部件，而DSP与微处理器却强迫软件适合其特定的体系结构。一般说来，通用蜂窝电话一定会利用QuickSilver芯片的功能，高档的多用途个人数字助理及任何简化连接至互联网的所谓的信息装置，也可能利用这种芯片，但设计人员如何选择，还取决于多种因素。

　　Xilinx和Altera的竞争对手正在研究自己的可重新配置技术。卡明斯认为，与竞争对手相比，QuickSilver拥有尽量减少芯片内晶体管数量所需的硬件体系结构。

　　即使QuickSilver、Morphics、Silicon Spice或Chameleon在努力研制新型计算基础结构过程中还有不少障碍，但他们必定会迫使整个芯片行业重新考虑策略与设想。芯片业资深人士戈登·坎贝尔说：“如今在台上唱主角的是芯片业的几家大公司，但台上已经出现了新面孔：可重新配置芯片。现在的问题就在于这些大公司是否会适应。”而这都取决于生产可重新配置芯片的一批公司能否抢在大公司研制出下一代芯片之前把产品投入市场。