ic设计工程师选取fpga的几点建议

最近eFPGA的概念越来越火了，笔者了解到，市场上提供嵌入式FPGA IP的厂商不仅有Achronix，Flex Logix这两家厂商在供货货，还有Adicsys、Efinix、Menta、Quicklogic等多家厂商也同样在提供FPGA IP。

究竟这些厂商提供的嵌入式FPGA IP （eFPGA）产品之间有没有区别，区别大不大，做IC设计的工程师应该如何选择？笔者日前就此请教了Flex Logix销售总监简捷，他作了回答，并提供了一份对比的表格，做了详细的阐述。

简捷表示，目前市场上eFPGA厂商最主要的两个玩家还是Achronix和Flex Logix。这两家的eFPGA产品对比有着非常明显的区别。

表一：不同公司的eFPGA在设计规格上的不同之处。(资料来源：Flex Logix)

首先，Achronix自身有向客户提供FPGA硬件芯片，同时还提供Chiplet和eFPGA IP。Flex Logix是一家专门提供嵌入式FPGA IP的厂商，从经营模式上来看，Flex Logix的客户非常专一，只有芯片设计公司，用户是懂FPGA的IC设计工程师。但是Achronix的用户既有使用FPGA的系统设计工程师，也有采用他们的eFPGA IP的芯片工程师。因此产品从一开始就会有很大的区别。

表二：在后端设计上，不同eFPGA供应商的做法区别非常大。(来源：Flex Logix)

 

市场上的FPGA芯片厂商，通常会每3年发布新一代的FPGA芯片，主要是根据芯片制造工艺的更新换代周期而定。“所有最新的foundry工艺，最早的代工客户，肯定会是FPGA芯片。因为相比SoC来说，FPGA的复杂度相简单，生产制造也容易得多，代工厂可以在早期将产品良率拉高。”简捷告诉电子工程专辑记者这个芯片制造行业的“潜规则”。

随着FPGA客户需要用上不同的DSP/RAM，因此FPGA芯片里被加入了不同的LUTs模块、DSP模块以及RAM模块等。甚至是不同的ARM CPU核，将FPGA芯片变成了异构的SoC。

在这些FPGA芯片供应商中，Achrnoix选择同时提供芯片硬件和eFPGA。而Altera、Xilinx和Lattice等公司则按兵不动，继续保留在FPGA芯片市场，不对外提供eFPGA IP。

Flex Logix最近宣布成为了TSMC IP Alliance成员，这是TSMC在eFPGA IP的唯一成员，已经可用的TSMC工艺包括有40LP/ULP、28HPM/HPC、16FFC/FF+/12FFC 以及7nm工艺。

“客户采用我们的eFPGA IP做设计，规模范围从100 LUTs至200K LUTs，数百到数千的用户 I/O，可支持任何类型的RAM，以及选择我们提供的DSP加速器。”简捷说，Flex Logix提供两个小核EFLX 150 LogicEFLX 150 DSP，Array范围 150 - 3.7K LUT4s， 和两种大核EFLX 4K LogicEFLX 4K DSP，ARRAY SIZES FROM 4K - 200K LUT4s。

大核小核还可以任意组合排列，芯片设计工程师可以在芯片中做灵活的使用和布线。

支持不同的metal stack，这可以给客户的芯片设计上带来非常大的灵活性，而不会让客户做重新的金属层的布局，去修改GDS文件，做更多的验证，面临潜在的设计风险。

Flex Logix对外公布的客户有SiFive, DARPA, Harvard，Sandia等。

简捷最后对电子工程专辑解释说， “随着我们跟客户接触得越多，我们发掘出来越来越多的应用。在物联网MCU中，由于这是非常细分化的市场，一颗MCU需要连接不同的传感器，而传感器的接口有很多种，所以客户需要预留一些可编程的模块。在人工智能和机器学习也是如此，在存储控制器领域，市场上的存储器不断推出新的标准，控制器芯片如何满足新的存储标准，他们需要在芯片中也加入可编程的模块。无线领域，由于5G标准未最终确定，并且每个市场的标准也不尽相同，在SoC中预留可编程的模块，既只增加适当的成本，又保留的芯片的灵活性，还抢到了最早期的市场和客户。”

随着新兴市场的涌现，且先进芯片制造工艺的成本越来越高后，在设计中采用FPGA做原型机是一种通用的做法，同时在设计中加入eFPGA IP模块的新的芯片方式，预计在晶圆代工厂的支持下，今后会不断涌现出来。