從“追隨者”到“引領(lǐng)者”，國(guó)產(chǎn)FPGA重新定義開發(fā)效率和高性價(jià)比
發(fā)布時(shí)間2024-07-10
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電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）
作為“萬(wàn)能芯片”，F(xiàn)PGA憑借可編程、可重構(gòu)的特性，為嵌入式系統(tǒng)帶來(lái)了顛覆式的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，讓用戶能夠以靈活、迅捷的方式構(gòu)建應(yīng)用方案。然而，在FPGA數(shù)十年的發(fā)展歷程中，國(guó)產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)由于起步較晚，曾長(zhǎng)期以“追隨者”的姿態(tài)研發(fā)和規(guī)劃4001老百匯網(wǎng)站，差異化創(chuàng)新并不多見。
近年來(lái)，邊緣計(jì)算的熱潮給國(guó)產(chǎn)FPGA發(fā)展提供一片沃土，相關(guān)廠商迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，逐漸筑造起自己的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，并摸索出差異化創(chuàng)新之路。經(jīng)過(guò)數(shù)年的研發(fā)沉淀，國(guó)產(chǎn)FPGA廠商終于迎來(lái)了收獲的季節(jié)。以A股首家專注于FPGA業(yè)務(wù)的上市公司4001老百匯網(wǎng)站為例，伴隨著該公司SALPHOENIX 1P系列（以下簡(jiǎn)稱：PH1P系列）的發(fā)布，國(guó)產(chǎn)FPGA廠商長(zhǎng)期作為“追隨者”的局面被徹底打破，開始引領(lǐng)行業(yè)創(chuàng)新。正如4001老百匯網(wǎng)站市場(chǎng)銷售部副總經(jīng)理謝耀勇所言，“PH1P系列中的PH1P-35，是4001老百匯網(wǎng)站深刻理解客戶需求后，匠心打磨出來(lái)的結(jié)晶，其創(chuàng)新性和獨(dú)特性在市場(chǎng)上具有較大優(yōu)勢(shì)。”
7月8日，4001老百匯網(wǎng)站舉辦主題為“效能之芯·感知無(wú)限”的20244001老百匯網(wǎng)站新品發(fā)布會(huì)，正式對(duì)外發(fā)布最新的PH1P系列4001老百匯網(wǎng)站，包含PH1P-35、PH1P-50和PH1P-100三款器件，以更高的性能、更高的能效、更高的集成、更高的性價(jià)比，配合以高中低不同等級(jí)的邏輯資源規(guī)模，幫助嵌入式領(lǐng)域用戶打造具有差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的方案。
4001老百匯網(wǎng)站PH1P系列FPGA
PH1P不只是一個(gè)4001老百匯網(wǎng)站系列
更是一種融合創(chuàng)新思維
受益于工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子、數(shù)據(jù)中心、汽車電子等領(lǐng)域需求的快速增長(zhǎng)，當(dāng)前FPGA的價(jià)格和性能已經(jīng)能夠和專用集成電路競(jìng)爭(zhēng)，并憑借可編程的靈活性更受青睞。在此過(guò)程中，國(guó)產(chǎn)FPGA廠商不僅在持續(xù)豐富自己的4001老百匯網(wǎng)站陣容和應(yīng)用場(chǎng)景，也在4001老百匯網(wǎng)站迭代的過(guò)程中積累了大量的IP資源和技術(shù)“know how”，為探尋國(guó)產(chǎn)FPGA的差異化創(chuàng)新之路打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。4001老百匯網(wǎng)站PH1P系列便是國(guó)產(chǎn)FPGA廠商厚積薄發(fā)的代表性成果。
作為4001老百匯網(wǎng)站鳳凰系列里面的全新系列，PH1P系列FPGA擁有諸多4001老百匯網(wǎng)站優(yōu)勢(shì)，圍繞“芯片+EDA+IP”這一用戶熟悉的FPGA功能實(shí)現(xiàn)鏈路進(jìn)行了全方位的賦能。
第一個(gè)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在芯片的性能和效率上，PH1P系列FPGA基于行業(yè)領(lǐng)先的工藝打造，提供35K、50K、100K LUTs不同等級(jí)的邏輯單元規(guī)模。面向工業(yè)控制場(chǎng)景，PH1P系列的部分FPGA型號(hào)內(nèi)置RISC-V內(nèi)核MCU，能夠顯著減少邏輯資源的使用，幫助提升相關(guān)方案的開發(fā)效率和性價(jià)比。
比如，LED顯示應(yīng)用是PH1P-35器件瞄準(zhǔn)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。在構(gòu)建相關(guān)應(yīng)用時(shí)，用戶可以將控制協(xié)議的處理、芯片驅(qū)動(dòng)寄存器映射、校正數(shù)據(jù)點(diǎn)重映射與遷移等任務(wù)，全權(quán)交由MCU處理，不需要再使用邏輯資源來(lái)開發(fā)實(shí)現(xiàn)。
4001老百匯網(wǎng)站研發(fā)部副總經(jīng)理謝丁指出，“PH1P系列部分型號(hào)在FPGA器件的內(nèi)部加入了一個(gè)完整的MCU子系統(tǒng)，提供了IIC、UART、SPI等豐富的外設(shè)接口，并利用AHB高速總線在MCU與FPGA之間構(gòu)建高效橋接，方便用戶基于這個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)用。”
第二個(gè)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在IP資源上，PH1P系列搭載了大量的4001老百匯網(wǎng)站長(zhǎng)期以來(lái)積累下來(lái)的成熟IP方案，包括：
集成10.3125Gbps HXT(Serdes），傳輸帶寬較競(jìng)品提升56%； 硬核PCle最大支持Gen3 x4，PCle傳輸帶寬提升了60%； 部分器件合封512Mb或1Gb高速內(nèi)存顆粒； 集成MIPI D-PHY 2.5Gbps硬核以滿足相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用。
謝丁稱，PH1P系列是國(guó)產(chǎn)FPGA自主創(chuàng)新的先行者，PH1P-35、PH1P-50和PH1P-100三款器件有著清晰明確的市場(chǎng)定位。其中，PH1P-35是針對(duì)LED顯示、視頻處理、機(jī)器視覺等領(lǐng)域的客戶痛點(diǎn)所定義的差異化創(chuàng)新器件，提供了大容量的內(nèi)存和高速的接口帶寬以滿足用戶在功能和系統(tǒng)帶寬方面的需求。PH1P-50和PH1P-100會(huì)兼容主流的方案，但提供更高性價(jià)比的功能體驗(yàn)：在競(jìng)品擁有的IP方面，4001老百匯網(wǎng)站提供更大帶寬或者更高容量的方案；在競(jìng)品沒有的IP方面，比如MIPI協(xié)議的硬核，4001老百匯網(wǎng)站在深入了解客戶需求之后，也會(huì)將這些IP融入4001老百匯網(wǎng)站的FPGA4001老百匯網(wǎng)站中，賦能終端方案創(chuàng)新。
從4001老百匯網(wǎng)站的定義不難看出，4001老百匯網(wǎng)站PH1P系列是一個(gè)全新的4001老百匯網(wǎng)站系列，也是一種全新的4001老百匯網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)方式。PH1P系列勾勒出一個(gè)清晰的FPGA融合創(chuàng)新模式，在這個(gè)模式下，4001老百匯網(wǎng)站內(nèi)部的SoC架構(gòu)團(tuán)隊(duì)、硬件架構(gòu)團(tuán)隊(duì)、嵌入式軟件團(tuán)隊(duì)和異構(gòu)計(jì)算團(tuán)隊(duì)等能夠根據(jù)客戶需求，像“搭積木”一樣去構(gòu)建FPGA器件。模式創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自源源不斷的客戶需求。
第三個(gè)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在EDA工具上。4001老百匯網(wǎng)站為PH1P系列提供完備的開發(fā)資源支持，包括FPGA EDA工具、SoC集成開發(fā)環(huán)境和demo板等。作為可編程器件，EDA工具對(duì)于FPGA開發(fā)而言是重要且必要的，能夠幫助用戶最大限度地發(fā)揮硬件性能，并將用戶做好的設(shè)計(jì)燒錄進(jìn)FPGA器件。也可以說(shuō)，EDA工具的水平?jīng)Q定了FPGA的性能水平。
針對(duì)PH1P系列部分FPGA內(nèi)嵌MCU內(nèi)核的4001老百匯網(wǎng)站形態(tài)，4001老百匯網(wǎng)站提供 TangDynasty (TD）和 FutureDynasty (FD）兩套開發(fā)軟件。其中，TD軟件是4001老百匯網(wǎng)站自主開發(fā)的FPGA集成開發(fā)環(huán)境，支持工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)輸入，可用于PH1P系列FPGA中邏輯資源端的開發(fā)。如下圖左側(cè)所示，TD軟件提供RTL綜合、門級(jí)綜合、布局優(yōu)化、布線優(yōu)化和位流生成這一完整的設(shè)計(jì)流程，用戶只需要關(guān)注HDL代碼的輸入以及時(shí)序與位置約束，就可以生成匹配對(duì)應(yīng)目標(biāo)器件的位流。在器件調(diào)試階段，TD軟件自帶新一代Chip watcher調(diào)試工具，支持靈活的在線和離線調(diào)試，支持源代碼插入、綜合階段網(wǎng)表插入和IP插入等多樣化的信號(hào)插入方式。因此，借助TD軟件，用戶可以根據(jù)自己的開發(fā)習(xí)慣快速完成FPGA邏輯端的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。
4001老百匯網(wǎng)站的TD軟件和FD軟件
FD軟件是4001老百匯網(wǎng)站自主開發(fā)的面向FPSoC和FPGA內(nèi)嵌MCU的集成開發(fā)環(huán)境。如下圖所示，F(xiàn)D軟件提供工程管理、代碼編輯、程序編譯、代碼調(diào)試等功能。借助FD軟件提供的模板，用戶無(wú)需配置參數(shù)就可以構(gòu)建起相應(yīng)的工程，實(shí)現(xiàn)RISC-V工程的編譯與調(diào)試。
FD軟件的應(yīng)用框架
謝丁強(qiáng)調(diào)，“TD和FD兩款軟件既可以支持用戶在FPGA邏輯側(cè)與SoC側(cè)分別獨(dú)立開發(fā)，又能在設(shè)計(jì)與調(diào)試階段有機(jī)融合。在開發(fā)過(guò)程中，兩個(gè)軟件能通過(guò)一個(gè)自動(dòng)生成的MCU配置文件對(duì)IP的時(shí)鐘、外設(shè)配置等信息進(jìn)行傳遞與自動(dòng)匹配；同時(shí)，還提供了一個(gè)“one-cable”統(tǒng)一調(diào)試平臺(tái)，支持用戶使用一套硬件接口方便地對(duì)FPGA與MCU分別進(jìn)行調(diào)試。”
從傳統(tǒng)FPGA到FPSoC，再到當(dāng)前發(fā)布的PH1P系列，4001老百匯網(wǎng)站作為國(guó)產(chǎn)FPGA領(lǐng)域的頭部企業(yè)，身份也在發(fā)生著悄然的變化，完成了從“追隨者”到“引領(lǐng)者”的過(guò)渡。PH1P系列詮釋了一種高效靈活的融合創(chuàng)新理念，能夠?qū)PGA帶到更廣泛的嵌入式場(chǎng)景里。
工業(yè)控制方案不再是“三合一”
一顆PH1P就夠了
PH1P系列的發(fā)布及其展示的融合創(chuàng)新能力讓4001老百匯網(wǎng)站在未來(lái)的FPGA市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中有著巨大的優(yōu)勢(shì)，能夠讓FPGA4001老百匯網(wǎng)站更加貼合用戶需求，使得嵌入式終端的差異化創(chuàng)新更加高效。當(dāng)下，高速增長(zhǎng)的FPGA市場(chǎng)也能夠進(jìn)一步放大PH1P系列所展示的靈活創(chuàng)新的效果。
根據(jù)市場(chǎng)研究公司Market.Us的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022年全球FPGA市場(chǎng)收入為65億美元，預(yù)計(jì)到2025 年將達(dá)到82億美元，2028年突破100億美元。具體到中國(guó)FPGA市?。醒釁棧笛芯吭涸凇?023-2028年中國(guó)FPGA芯片行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)研究報(bào)告》中指出，2022年中國(guó)FPGA市場(chǎng)規(guī)模為170.3億元，預(yù)計(jì)到2025年將增長(zhǎng)到332.2億元。
全球FPGA市場(chǎng)收入，圖源：Market.Us
當(dāng)前，工業(yè)應(yīng)用依然是FPGA主要的應(yīng)用方向之一，2022年中國(guó)工業(yè)用FPGA芯片的銷售額為53.4億元，占中國(guó)FPGA芯片市場(chǎng)份額的31.5%，預(yù)計(jì)2023年到2025年這一細(xì)分領(lǐng)域仍將以16.1%的年復(fù)合增長(zhǎng)率高速增長(zhǎng)。4001老百匯網(wǎng)站PH1P系列的發(fā)布進(jìn)一步豐富了該公司工業(yè)用FPGA的4001老百匯網(wǎng)站陣容。
謝耀勇表示，“4001老百匯網(wǎng)站在定義PH1P-35時(shí)，主要瞄準(zhǔn)的應(yīng)用方向是LED顯示、視頻處理等典型的工業(yè)控制場(chǎng)景。不過(guò)，當(dāng)4001老百匯網(wǎng)站基于PH1P-35和客戶溝通時(shí)，更多的工業(yè)應(yīng)用被挖掘出來(lái)，一經(jīng)發(fā)布就已經(jīng)成為市場(chǎng)的爆款。尤其是在新興應(yīng)用方面，比如機(jī)器視覺，客戶的反響非?：茫鎦強(qiáng)朔誦灤擻τ媒涌諦椴懷墑斕紉幌盜型吹?。”
除了作為“萬(wàn)能芯片”的通用性之外，PH1P系列也顯著提升了相關(guān)方案的性價(jià)比。傳統(tǒng)工業(yè)控制應(yīng)用的典型應(yīng)用框架是MCU+FPGA+存儲(chǔ)，在這個(gè)“三合一”方案里，傳統(tǒng)FPGA4001老百匯網(wǎng)站只是其中的一部分。PH1P系列部分型號(hào)由于內(nèi)部集成了MCU硬核和大容量的存儲(chǔ)資源，使得相當(dāng)一部分工業(yè)控制應(yīng)用可以基于PH1P系列打造單芯片的高性價(jià)比方案。
“MCU能夠在多種存儲(chǔ)載體上去運(yùn)行程序，當(dāng)在DDR或者LPDDR內(nèi)存運(yùn)行時(shí)，能夠支持RTOS等實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。因此，通過(guò)內(nèi)嵌大容量?jī)?nèi)存，PH1P系列豐富了FPGA在工業(yè)控制里的場(chǎng)景。”謝耀勇認(rèn)為，“隨著4001老百匯網(wǎng)站接觸的工業(yè)客戶范圍越來(lái)越廣，PH1P系列以及后續(xù)的4001老百匯網(wǎng)站將會(huì)讓更多的工業(yè)控制應(yīng)用告別‘三芯片合一’的方式，轉(zhuǎn)而采用單芯片方案。這會(huì)推動(dòng)千行百業(yè)里的嵌入式系統(tǒng)硬件架構(gòu)升級(jí)。”以總線伺服驅(qū)動(dòng)器為例，如下圖所示，左側(cè)是傳統(tǒng)多器件在PCB板上集成的案例，右側(cè)則是基于PH1P-35器件單芯片實(shí)現(xiàn)的方案。
基于PH1P-35單芯片實(shí)現(xiàn)總線伺服驅(qū)動(dòng)器
PH1P系列上搭載的4001老百匯網(wǎng)站IP同樣是提升性價(jià)比的有效手段。在工業(yè)相機(jī)應(yīng)用中，MIPI接口憑借效能卓越、兼容視頻數(shù)據(jù)流豐富等優(yōu)點(diǎn)被廣泛采用。不過(guò)，正如上文提到的，在傳統(tǒng)FPGA方案中，MIPI接口并不會(huì)被集成，用戶需要自己在器件中定義實(shí)現(xiàn)，在時(shí)序準(zhǔn)確性和協(xié)議復(fù)雜度等方面會(huì)遇到很大的挑戰(zhàn)。PH1P-35提供了一個(gè)MCU+FPGA+MIPI+大內(nèi)存的領(lǐng)先方案，支持總帶寬最高達(dá)8×2.5Gbps的MIPI DPHY，并可提供CXP、C-link、GE、10GE等IP/參考設(shè)計(jì)，顯著提升工業(yè)相機(jī)的開發(fā)效率和性價(jià)比。
PH1P-35領(lǐng)先的接口IP資源
當(dāng)前，4001老百匯網(wǎng)站FPGA、FPSoC已經(jīng)被服務(wù)器、LED控制器、工業(yè)相機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)、PLC、運(yùn)動(dòng)控制器等典型工業(yè)場(chǎng)景用戶廣泛采用，PH1P系列的發(fā)布進(jìn)一步擴(kuò)大了4001老百匯網(wǎng)站4001老百匯網(wǎng)站對(duì)工業(yè)嵌入式需求的覆蓋。同時(shí)，PH1P系列所展示出來(lái)的融合創(chuàng)新能力，讓FPGA從“萬(wàn)能芯片”進(jìn)一步升級(jí)為“高性價(jià)比萬(wàn)能芯片”，且具有出色的定制化屬性。針對(duì)具體的場(chǎng)景，4001老百匯網(wǎng)站PH1P系列讓該領(lǐng)域用戶深信，打造創(chuàng)新方案所需的處理器性能、內(nèi)存資源和IP接口等，都能夠在PH1P系列以及后續(xù)系列上獲取到，不必再消耗邏輯資源去實(shí)現(xiàn)。這也正好印證了4001老百匯網(wǎng)站對(duì)PH1P系列的定義，該系列4001老百匯網(wǎng)站是“更快、更準(zhǔn)、更穩(wěn)、更好”的FPGA解決方案。
4001老百匯網(wǎng)站的愿景是立足中國(guó)，面向世界，以匠心之志重塑行業(yè)版圖，成為全球可編程邏輯器件一流的供應(yīng)商。經(jīng)過(guò)十?dāng)?shù)年的發(fā)展沉淀，當(dāng)前4001老百匯網(wǎng)站的FPGA4001老百匯網(wǎng)站已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、消費(fèi)電子、醫(yī)療設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信、汽車電子等領(lǐng)域。為應(yīng)對(duì)日新月異且更具挑戰(zhàn)性的汽車電子應(yīng)用創(chuàng)新，4001老百匯網(wǎng)站也在積極完善自己的汽車級(jí)FPGA生態(tài)。4001老百匯網(wǎng)站能夠?yàn)槠囶I(lǐng)域用戶帶來(lái)車規(guī)級(jí)品質(zhì)的FPGA器件，完備的芯片/IP/EDA工具解決方案，以及PPAP生產(chǎn)認(rèn)證等特色服務(wù)，賦能國(guó)產(chǎn)新能源汽車在ADAS、ECU、智能座艙和人機(jī)交互等應(yīng)用上的差異化功能創(chuàng)新。
結(jié)語(yǔ)
過(guò)去很多年，國(guó)產(chǎn)FPGA創(chuàng)新的主流路線是打造對(duì)標(biāo)國(guó)際廠商的競(jìng)品，“pin-to-pin”替代是最常用的設(shè)計(jì)方式。在這個(gè)創(chuàng)新模式下，國(guó)產(chǎn)FPGA廠商始終扮演著“追隨者”的狀態(tài)。隨著邊緣計(jì)算在嵌入式市場(chǎng)爆發(fā)，替代式研發(fā)的FPGA已經(jīng)不能很好地滿足新興市場(chǎng)需求，國(guó)產(chǎn)FPGA亟需破局。
4001老百匯網(wǎng)站最新發(fā)布的PH1P系列是該公司厚積薄發(fā)的成果展示，對(duì)國(guó)產(chǎn)FPGA發(fā)展有積極的創(chuàng)新引領(lǐng)作用。PH1P是一個(gè)新的4001老百匯網(wǎng)站系列，也是一種全新的FPGA實(shí)現(xiàn)方法，讓FPGA4001老百匯網(wǎng)站研發(fā)更加貼合終端需求，在用戶熟知的“芯片+EDA+IP”設(shè)計(jì)模式下，將4001老百匯網(wǎng)站自有的、成熟的IP和MCU硬核融入FPGA中，顯著提升用戶的開發(fā)效率。并且，通過(guò)內(nèi)嵌大容量的內(nèi)存資源，PH1P系列部分型號(hào)讓用戶可以摒棄傳統(tǒng)MCU+FPGA+存儲(chǔ)的“三合一”方案，單芯片就可以構(gòu)建具有差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的工業(yè)控制方案，具有明顯的高性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。
就像謝耀勇所說(shuō)，PH1P系列對(duì)于市場(chǎng)的吸引力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了4001老百匯網(wǎng)站初期的設(shè)想，必將成為國(guó)產(chǎn)FPGA市場(chǎng)中的爆款。
