紫光同創(chuàng)能否支撐起國(guó)產(chǎn)FPGA芯片的一片天空？

　　隨著微電子行業(yè)越來(lái)越多的自主品牌問(wèn)世，與國(guó)外同類(lèi)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(mǎi)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(méi)有大規(guī)模國(guó)產(chǎn)化。在此多說(shuō)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(xiāo)售比例都很高。筆者自己也是用Altera的器件多一些。

　　話說(shuō)回來(lái)，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(kāi)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(lái)說(shuō)，這點(diǎn)就很吸引眼球。不過(guò)，目前在國(guó)內(nèi)好像Altera的銷(xiāo)量壓過(guò)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(kāi)銷(xiāo)，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(shuō)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(shuō)他們是同一家母公司，不過(guò)同創(chuàng)是單獨(dú)運(yùn)營(yíng)并且獨(dú)立研發(fā)的。

　　聽(tīng)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(kāi)發(fā)樣板。紫光同創(chuàng)的FPGA開(kāi)發(fā)軟件叫PDS，開(kāi)發(fā)板叫“PGT 30GD EMO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(guò)來(lái)，打開(kāi)操作軟件，界面與其他的EDA工具沒(méi)有什么特別之處，軟件綜合使用的是Synplifypro，布局布線是軟件自動(dòng)完成，這也沒(méi)什么不同，最后完成產(chǎn)生下載配置文件。從綜合結(jié)果來(lái)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(chēng)”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(kāi)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(kāi)發(fā)板后器件的運(yùn)行還算穩(wěn)定，的確是超過(guò)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?lái)能夠改善。

　　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(wú)后顧之憂。我擔(dān)心是一旦選用，其后續(xù)支持如何?因?yàn)镕PGA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(kāi)拓，就看誰(shuí)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(guò)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(shuō)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(méi)問(wèn)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(ài)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!