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

　　隨著(zhù)微電子行業(yè)越來(lái)越多的自主品牌問(wèn)世，與國外同類(lèi)的差距持續縮小，其中部分甚至可以與國際巨頭一決高下，這，極大的提升了國內客戶(hù)的用戶(hù)體驗，如信息安全、安防監控、便攜式消費電子等領(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(zhù)。大家都知道這個(gè)行業(yè)是西方發(fā)達國家對華重點(diǎn)禁運的領(lǐng)域，即使是買(mǎi)一顆只有幾十個(gè)邏輯單元的PLD也需要供應商做出口登記備案，極大影響了我國電子技術(shù)的發(fā)展速度。

　　在國家核高基項目重點(diǎn)支持的4大高端芯片中，CPU、DSP、存儲器都取得了極大的技術(shù)突破，似乎只有FPGA還沒(méi)有大規模國產(chǎn)化。在此多說(shuō)一點(diǎn)，國外的廠(chǎng)商Xilinx，Altera，Lattice，Microsemi，在華商務(wù)發(fā)展的都不錯，大中華區占他們的年銷(xiāo)售比例都很高。筆者自己也是用Altera的器件多一些。

　　話(huà)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，尤其軟件的易用性。當你架構好設計的框架，其他就可以最大程度交給軟件了，當然時(shí)序約束是必要的。Xilinx則是在器件的布線(xiàn)上開(kāi)放更多，這讓設計的性能與靈活性更有保證，對于性能敏感的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，這點(diǎn)就很吸引眼球。不過(guò)，目前在國內好像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)注國產(chǎn)FPGA芯片，但是主要還是在用國外這幾家，直到上個(gè)月手頭接到一個(gè)新項目，需要用一顆FPGA實(shí)現H.264編碼的特殊算法，設計雖然支持1080P，但是，幀間預測要求要有特別的算法以實(shí)現最小的邏輯開(kāi)銷(xiāo)，才算對國產(chǎn)FPGA器件的使用有了真正的了解。這個(gè)新項目對于器件的性?xún)r(jià)比，特別是性能要求不算很低，當我還在為選擇Cyclone4或Spartan6猶豫不決時(shí)，紫光同創(chuàng )的FAE打電話(huà)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微電子，在做國產(chǎn)化FPGA，FAE介紹說(shuō)他們是同一家母公司，不過(guò)同創(chuàng )是單獨運營(yíng)并且獨立研發(fā)的。

　　聽(tīng)著(zhù)這里，我頓感疑惑，FPGA的架構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)鍵是公司運營(yíng)能長(cháng)久化嗎?

　　抱著(zhù)試試看的態(tài)度，我答應了對方，他當場(chǎng)答應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”，板子做的中規中矩，雙網(wǎng)口，必要的外部接口，一顆主芯片。

　　我嘗試著(zhù)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(xiàn)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。從綜合結果來(lái)看，相同的設計邏輯耗費比CycloneV要多些，但是也不突兀，可能與兩者的架構不同有關(guān)。

　　在PGT3G的數據手冊，筆者發(fā)現其最小邏輯單元稱(chēng)”CLM”，采用的是LUT5輸入，為什么采用LUT5而不是流行的LUT6或LUT4?仔細研究了下，發(fā)現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據及多路輸入的地方就可以實(shí)現同級互聯(lián)，用以減少傳輸delay。

　　這點(diǎn)還是深得我心的，我在設計時(shí)需要大量使用乘法器資源，PGT30G的乘法器資源相對較多，可實(shí)現乘加，乘加和，乘累加，乘法器可以實(shí)現預加累加器并帶有內部流水寄存器，并節省FPGA邏輯與塊RAM單元。

　　下載到開(kāi)發(fā)板后器件的運行還算穩定，的確是超過(guò)了我的預期。但是，整個(gè)編譯時(shí)間略長(cháng)，對操作系統支持也不算太友好，希望他們在將來(lái)能夠改善。

　　除了技術(shù)層面的切身體驗，企業(yè)的軟實(shí)力也是選擇國產(chǎn)器件最為重要的考慮因素。紫光同創(chuàng )作為紫光系一員，至少從資金層面上無(wú)后顧之憂(yōu)。我擔心是一旦選用，其后續支持如何?因為FPGA行業(yè)是要軟件支撐硬件，如果編譯環(huán)節用戶(hù)體驗不好，這也是致命打擊。

　　若不談國家利益或安全，單從消費者角度，國產(chǎn)器件怎么與國外廠(chǎng)商同臺競技?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)勢取代國外產(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;二是創(chuàng )新應用，這條路國外廠(chǎng)商也在開(kāi)拓，就看誰(shuí)更貼近客戶(hù)需求。國外大廠(chǎng)為了維持其高的利潤水平不斷提高工藝制程，導致器件邏輯容量越增越大，并且引導客戶(hù)跟隨著(zhù)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計應用，國內廠(chǎng)商應該努力打破這個(gè)壟斷，以性?xún)r(jià)比，差異化為客戶(hù)提供貼近實(shí)際應用的產(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)品差異化與外設的硬件化正是他們重點(diǎn)關(guān)注的方向。

　　在國產(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。這不是喊喊口號就能拿出好的成績(jì)的，而是需要沉下心并耐得住寂寞。說(shuō)實(shí)話(huà)，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)，完成設計需求是沒(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)現國貨當自強。

　　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)候給國產(chǎn)FPGA芯片一個(gè)機會(huì )了!