紫光同創(chuàng)能否挑起國(guó)產(chǎn)FPGA重?fù)?dān)？

隨著微電子行業(yè)越來越多的自主品牌問世，與國(guó)外同類的差距持續(xù)縮小，其中部分甚至可以與國(guó)際巨頭一決高下，這，極大的提升了國(guó)內(nèi)客戶的用戶體驗(yàn)，如信息安全、安防監(jiān)控、便攜式消費(fèi)電子等領(lǐng)域。

在欣欣向榮的電子行業(yè)發(fā)展大背景下，FPGA 這一特殊的行業(yè)也在默默變化著。大家都知道這個(gè)行業(yè)是西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)華重點(diǎn)禁運(yùn)的領(lǐng)域，即使是買一顆只有幾十個(gè)邏輯單元的 PLD 也需要供應(yīng)商做出口登記備案，極大影響了我國(guó)電子技術(shù)的發(fā)展速度。

在國(guó)家核高基項(xiàng)目重點(diǎn)支持的 4 大高端芯片中，CPU、DSP 、存儲(chǔ)器都取得了極大的技術(shù)突破，似乎只有 FPGA 還沒有大規(guī)模國(guó)產(chǎn)化。在此多說一點(diǎn)，國(guó)外的廠商 Xilinx ,Altera ,Lattice, Microsemi,在華商務(wù)發(fā)展的都不錯(cuò)，大中華區(qū)占他們的年銷售比例都很高。筆者自己也是用 Altera 的器件多一些。

話說回來，Altera 的產(chǎn)品從 Flex 到目前的 Stratix10 其產(chǎn)品性能都很不錯(cuò)，尤其軟件的易用性。當(dāng)你架構(gòu)好設(shè)計(jì)的框架，其他就可以最大程度交給軟件了，當(dāng)然時(shí)序約束是必要的。Xilinx 則是在器件的布線上開放更多，這讓設(shè)計(jì)的性能與靈活性更有保證，對(duì)于性能敏感的用戶來說，這點(diǎn)就很吸引眼球。不過，目前在國(guó)內(nèi)好像 Altera 的銷量壓過 Xilinx 一頭，可能與前者更接地氣的本土支持有關(guān)。

筆者之前雖然關(guān)注國(guó)產(chǎn) FPGA 芯片，但是主要還是在用國(guó)外這幾家，直到上個(gè)月手頭接到一個(gè)新項(xiàng)目，需要用一顆 FPGA 實(shí)現(xiàn) H.264 編碼的特殊算法，設(shè)計(jì)雖然支持 1080P，但是，幀間預(yù)測(cè)要求要有特別的算法以實(shí)現(xiàn)最小的邏輯開銷，才算對(duì)國(guó)產(chǎn) FPGA 器件的使用有了真正的了解。這個(gè)新項(xiàng)目對(duì)于器件的性價(jià)比，特別是性能要求不算很低，當(dāng)我還在為選擇 Cyclone4 或 Spartan6 猶豫不決時(shí)，紫光同創(chuàng)的 FAE 打電話給我，說他們也在做 FPGA，屬于清華紫光旗下。我之前知道的深圳有國(guó)微電子，在做國(guó)產(chǎn)化 FPGA，F(xiàn)AE 介紹說他們是同一家母公司，不過同創(chuàng)是單獨(dú)運(yùn)營(yíng)并且獨(dú)立研發(fā)的。

聽著這里，我頓感疑惑，F(xiàn)PGA 的架構(gòu)不是一朝一夕可以搞定的，特別是與軟件的配合。一致性行嗎？編譯可靠嗎？資源利用率行嗎？IP 資源怎么樣？關(guān)鍵是公司運(yùn)營(yíng)能長(zhǎng)久化嗎？

抱著試試看的態(tài)度，我答應(yīng)了對(duì)方，他當(dāng)場(chǎng)答應(yīng)幫忙安裝一套軟件并提供一套開發(fā)樣板。紫光同創(chuàng)的 FPGA 開發(fā)軟件叫 PDS，開發(fā)板叫“PGT30G DEMO 板” ，板子做的中規(guī)中矩，雙網(wǎng)口，必要的外部接口，一顆主芯片。
 

我嘗試著將以前的代碼移植過來，打開操作軟件, 界面與其他的 EDA 工具沒有什么特別之處， 軟件綜合使用的是 Synplify pro，布局布線是軟件自動(dòng)完成，這也沒什么不同，最后完成產(chǎn)生下載配置文件。從綜合結(jié)果來看，相同的設(shè)計(jì)邏輯耗費(fèi)比 CycloneV 要多些，但是也不突兀，可能與兩者的架構(gòu)不同有關(guān)。

在 PGT3G 的數(shù)據(jù)手冊(cè)，筆者發(fā)現(xiàn)其最小邏輯單元稱 ”CLM” ，采用的是 LUT5 輸入，為什么采用 LUT5 而不是流行的 LUT6 或 LUT4？ 仔細(xì)研究了下，發(fā)現(xiàn) CLM 包括 4 個(gè) LUT5 與 6 個(gè) DD，CLM 的 LUT5 可以用 mux 開關(guān)互聯(lián)，這樣在一些需要更寬數(shù)據(jù)及多路輸入的地方就可以實(shí)現(xiàn)同級(jí)互聯(lián)，用以減少傳輸 delay。

這點(diǎn)還是深得我心的，我在設(shè)計(jì)時(shí)需要大量使用乘法器資源，PGT30G 的乘法器資源相對(duì)較多，可實(shí)現(xiàn)乘加，乘加和，乘累加，乘法器可以實(shí)現(xiàn)預(yù)加累加器并帶有內(nèi)部流水寄存器，并節(jié)省 FPGA 邏輯與塊 RAM 單元。

下載到開發(fā)板后器件的運(yùn)行還算穩(wěn)定，的確是超過了我的預(yù)期。但是，整個(gè)編譯時(shí)間略長(zhǎng)，對(duì)操作系統(tǒng)支持也不算太友好，希望他們?cè)趯砟軌蚋纳啤?/p>

除了技術(shù)層面的切身體驗(yàn)，企業(yè)的軟實(shí)力也是選擇國(guó)產(chǎn)器件最為重要的考慮因素。紫光同創(chuàng)作為紫光系一員，至少?gòu)馁Y金層面上無后顧之憂。 我擔(dān)心是一旦選用，其后續(xù)支持如何？因?yàn)?FPGA 行業(yè)是要軟件支撐硬件，如果編譯環(huán)節(jié)用戶體驗(yàn)不好，這也是致命打擊。

若不談國(guó)家利益或安全，單從消費(fèi)者角度，國(guó)產(chǎn)器件怎么與國(guó)外廠商同臺(tái)競(jìng)技? 筆者以為有以下兩點(diǎn)：一是產(chǎn)品替代，這主要是利用成本優(yōu)勢(shì)取代國(guó)外產(chǎn)品，這條路比較容易切入，市場(chǎng)也很清晰，但很容易進(jìn)入價(jià)格紅區(qū)；二是創(chuàng)新應(yīng)用，這條路國(guó)外廠商也在開拓，就看誰更貼近客戶需求。國(guó)外大廠為了維持其高的利潤(rùn)水平不斷提高工藝制程，導(dǎo)致器件邏輯容量越增越大，并且引導(dǎo)客戶跟隨著其創(chuàng)新的腳步一步步向前。其實(shí)在很多領(lǐng)域不一定采用高工藝制程的器件就更適合自己的設(shè)計(jì)應(yīng)用，國(guó)內(nèi)廠商應(yīng)該努力打破這個(gè)壟斷，以性價(jià)比，差異化為客戶提供貼近實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)品。

欣喜的是在與紫光同創(chuàng)技術(shù)人員聊天的過程中，他告訴我尋找產(chǎn)品差異化與外設(shè)的硬件化正是他們重點(diǎn)關(guān)注的方向。

在國(guó)產(chǎn) FPGA 主力匱乏的賽場(chǎng)，還是希望紫光同創(chuàng)能夠支撐起一片天空。這不是喊喊口號(hào)就能拿出好的成績(jī)的，而是需要沉下心并耐得住寂寞。說實(shí)話，紫光同創(chuàng)的軟件略感單薄，但是每個(gè)步驟也還是扎扎實(shí)實(shí)，完成設(shè)計(jì)需求是沒問題的。希望紫光同創(chuàng)能夠迎難而上，提供質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的產(chǎn)品，真正實(shí)現(xiàn)國(guó)貨當(dāng)自強(qiáng)。

作為一名有閑又愛嘚嘚的工程師，最后還是忍不住想呼喊一句，同行們，是時(shí)候給國(guó)產(chǎn) FPGA 芯片一個(gè)機(jī)會(huì)了！