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发表于 2023-9-22 12:56:53 | 查看: 345| 回复: 2 IP:广东省珠海市 电信

FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种可编程逻辑器件,具有灵活性高、并行计算能力强、功能定制化等优点,被广泛应用于通信、医疗、电力、军工等领域。然而,全球FPGA市场长期被美国的Xilinx和Altera(已被英特尔收购)所垄断,这两家公司占据了全球近90%的市场份额,同时也拥有着FPGA领域绝大多数专利,形成了高不可攀的技术壁垒。近年来,由于疫情、贸易战、制裁等因素,FPGA芯片的价格上涨、供应紧张,给国内FPGA用户带来了巨大的困扰。

为了打破外国的技术封锁,我国一直在努力推进FPGA芯片的国产化进程,从逆向设计到自主研发,从军工领域到市场广阔的工业、民用领域,目前已经形成了一批具有自主知识产权的FPGA芯片厂商,如紫光同创、安路科技、高云半导体、复旦微、智多晶等,产品覆盖了从低端到高端的不同规模和性能的FPGA芯片,部分产品已经可以实现与国外FPGA芯片的无缝替代,甚至在某些方面具有更大的优势。

那么,国产FPGA芯片有哪些优势呢?如何选择合适的国产FPGA芯片呢?本文将从以下几个方面进行介绍:

国产FPGA芯片的优势

  • 价格优势:国产FPGA芯片的价格一般比国外FPGA芯片低30%~50%,在中低端市场具有明显的价格优势,可以降低用户的成本压力,提高产品的竞争力。
  • 供应优势:国产FPGA芯片的供应链更加稳定,不受外部因素的影响,可以保证用户的项目进度和产品质量,避免出现断货、延期等风险。
  • 技术优势:国产FPGA芯片的技术水平不断提高,部分产品已经达到了国际先进水平,甚至在某些方面超过了国外FPGA芯片,如工艺制程、功耗控制、片上资源、硬核集成、安全加密等,可以满足用户的不同需求和场景。
  • 生态优势:国产FPGA芯片的生态系统日趋完善,包括EDA设计工具、IP核资源、评估板与下载器、文档手册、线下培训、大学计划、比赛赞助等,为用户提供了全方位的技术支持和服务,方便用户的开发和应用。

国产FPGA芯片的选择

在选择国产FPGA芯片时,需要根据自己的项目需求和预算,综合考虑以下几个因素:

  • 工艺制程、门级规模、SerDes速率:这三个参数是衡量FPGA基本性能的重要指标,工艺制程直接影响芯片的功耗、性能和成本,如果功耗过大,那么在硬件设计时就需要考虑电源的功率和散热问题。制程同样也影响着门级规模,越高的制程工艺,那么在同样面积大小的晶圆上就可以做出更大规模的门级电路,当然也具有更大的设计空间。SerDes速率则决定了FPGA芯片的通信能力,越高的SerDes速率,就可以支持越高的数据传输速率,适用于高速、大数据量的应用场景。
  • 可靠性、稳定性和一致性:FPGA通常应用在一些需要高速、实时处理的场景,可靠性、稳定性极为重要。如果芯片出现故障、死机、重启等问题,可能会导致严重的后果。因此,选择国产FPGA芯片时,需要考察芯片的质量控制、测试标准、故障率等指标,以及芯片的批次间的一致性,避免出现性能波动、参数偏差等问题。
  • 兼容性和知识产权问题:国产FPGA芯片是从逆向设计转到自主研发的,有的国内FPGA厂商提供有完全兼容Xilinx、Altera部分型号的FPGA芯片,对于这类产品,需要考虑FPGA硬件和软件的兼容性,以及是否涉及知识产权的侵权风险。如果是自研芯片,需要考虑芯片的接口标准、引脚定义、封装形式等是否与现有的硬件平台匹配,以及是否有相应的软件工具和IP核支持。
  • 生态系统:FPGA芯片的开发和应用需要依赖于完善的生态系统,包括EDA设计工具、IP核资源、评估板与下载器、文档手册、线下培训、大学计划、比赛赞助等,这些都是影响用户开发效率和体验的重要因素。选择国产FPGA芯片时,需要了解各个厂商的生态系统的完善程度和服务质量,选择适合自己的平台和工具。
  • 性价比和货源:最后,当然还要考虑芯片的性价比和货源,选择性能和价格相匹配的芯片,同时保证货源的稳定和及时,避免出现断货、延期等风险。

综上所述,国产FPGA芯片在价格、供应、技术、生态等方面都具有一定的优势,可以满足国内用户的不同需求和场景,是国外FPGA芯片的良好替代品。在选择国产FPGA芯片时,需要根据自己的项目需求和预算,综合考虑多个因素,选择合适的国产FPGA芯片厂商和产品。

发表于 2023-9-22 13:00:44 IP:广东省珠海市 电信

整理了一些主流的FPGA芯片型号和国产替代选择,如下:

  • Xilinx的Virtex系列是高端的FPGA芯片,具有高性能、高集成度、高可靠性等特点,广泛应用于通信、数据中心、航空航天等领域。目前最新的型号是Virtex UltraScale+,采用16nm工艺,支持高速SerDes、PCIe Gen4、DDR4等接口。国产替代的选择有复旦微的Seal 5000系列,采用28nm工艺,支持高速SerDes、PCIe Gen3、DDR3/4等接口,逻辑单元规模从30K到325K不等。
  • Xilinx的Spartan系列是低成本的FPGA芯片,具有低功耗、小尺寸、易于使用等特点,适用于工业、消费、汽车等领域。目前最新的型号是Spartan-7,采用28nm工艺,支持LVDS、MIPI、DDR3等接口。国产替代的选择有紫光同创的Logos系列,采用55nm工艺,支持LVDS、MIPI、DDR3等接口,逻辑单元规模从5K到200K不等。
  • Xilinx的Zynq系列是集成了ARM处理器的FPGA芯片,具有高灵活性、高性能、低功耗等特点,适用于嵌入式系统、边缘计算、物联网等领域。目前最新的型号是Zynq UltraScale+ MPSoC,采用16nm工艺,集成了四核ARM Cortex-A53、双核ARM Cortex-R5、ARM Mali-400 GPU和可编程逻辑,支持高速SerDes、PCIe Gen4、DDR4等接口。国产替代的选择有高云半导体的小蜜蜂系列GW1NS,采用55nm工艺,集成了单核ARM Cortex-M3和可编程逻辑,支持USB、DDR2、ADC等接口 。
发表于 2023-9-22 13:04:15 IP:广东省珠海市 电信

Altera的FPGA芯片型号和国产替代选择。Altera是美国的一家FPGA芯片厂商,于2015年被英特尔收购,目前主要有以下几个系列的FPGA产品:

  • Stratix系列是Altera的高端FPGA芯片,具有高性能、高带宽、高集成度等特点,适用于数据中心、5G通信、人工智能等领域。目前最新的型号是Stratix 10,采用14nm工艺,支持高速SerDes、PCIe Gen4、HBM2等接口。国产替代的选择有复旦微的Seal 5000系列,采用28nm工艺,支持高速SerDes、PCIe Gen3、DDR3/4等接口,逻辑单元规模从30K到325K不等。
  • Cyclone系列是Altera的低成本FPGA芯片,具有低功耗、小尺寸、易于使用等特点,适用于工业、消费、汽车等领域。目前最新的型号是Cyclone 10,采用20nm工艺,支持LVDS、MIPI、DDR3等接口。国产替代的选择有紫光同创的Logos系列,采用55nm工艺,支持LVDS、MIPI、DDR3等接口,逻辑单元规模从5K到200K不等 。
  • Arria系列是Altera的中高端FPGA芯片,具有高性能、低功耗、高可靠性等特点,适用于嵌入式系统、边缘计算、视频处理等领域。目前最新的型号是Arria 10,采用20nm工艺,集成了双核ARM Cortex-A9处理器和可编程逻辑,支持高速SerDes、PCIe Gen3、DDR4等接口。国产替代的选择有高云半导体的小蜜蜂系列GW1NS,采用55nm工艺,集成了单核ARM Cortex-M3处理器和可编程逻辑,支持USB、DDR2、ADC等接口 。
  • MAX系列是Altera的CPLD芯片,具有低功耗、低成本、瞬时启动等特点,适用于系统配置、接口扩展、电源管理等应用。目前最新的型号是MAX 10,采用55nm工艺,集成了ADC、PLL、温度传感器等功能。国产替代的选择有紫光同创的Compa系列,采用55nm工艺,满足低功耗、低成本、小尺寸的设计要求,适用于系统配置、接口扩展和桥接、板级电源管理、上电时序管理、传感器融合等应用 。
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