FPGA在通信、工业、视频处理、军工这些领域用的特别多,但真到选型的时候,很多工程师只知道XILINX和INTEL(原ALTERA),对其他厂商了解不多。这两年国产FPGA发展得很快,在中低端场景里替代的案例越来越多,到底各家FPGA厂商的产品定位是什么?什么情况下选哪家?今天就来聊聊FPGA厂商的格局和选型思路。
先从国际两大巨头说起。XILINX(赛灵思,现在是AMD旗下)可以说是FPGA行业的开创者和老大,产品线从低端的Spartan-6、Artix-7,到中端的Kintex-7,再到高端的Virtex UltraScale+,还有集成了ARM硬核处理器的Zynq 7000和Zynq UltraScale+ MPSoC,覆盖非常完整。XILINX的开发工具Vivado功能很强,生态成熟,IP核丰富,高端应用(像5G基站、高速网络处理、数据中心加速)基本都是XILINX的天下。缺点就是贵,高端芯片几万块一颗很正常,正版工具授权也不便宜。
另一家巨头是INTEL FPGA(原ALTERA,后来被Intel收购)。产品线同样完整:低端Cyclone系列、中端Arria系列、高端Stratix系列,集成ARM硬核的叫SoC FPGA(Cyclone V SoC、Arria 10 SoC这些)。ALTERA有一个很大的优势就是工具对新手友好,老的Quartus II和现在的Quartus Prime界面直观,教程和中文资料多,很多高校教学用的都是ALTERA的开发板。ALTERA的工业级芯片在可靠性和供货上口碑不错,国内很多传统工业客户用了十几年都没换过家。两家比起来,高端选XILINX的更多,中低端ALTERA的性价比有时候更好。
再说说其他国际厂商。Lattice(莱迪思)走的是小而美的路线,主打低功耗、小封装的FPGA,比如iCE40、ECP5系列,在视频接口桥接、传感器信号处理、服务器BMC里的胶合逻辑这些场景用得很多。Lattice的小FPGA功耗可以做到毫瓦级,而且价格相对便宜,是很多"只需要一点点可编程逻辑"场景的首选。还有一家Microsemi(现在属于Microchip),主打高可靠性和带Flash的非易失性FPGA,军工、航天、电力这些对掉电保存和单粒子翻转有要求的场合,Microsemi的抗辐射FPGA是硬通货。
现在大家最关心的国产FPGA,这几年进步确实很大。紫光同创是国产里面产品线比较全的,Logos和Titan系列覆盖了从中等密度到几千万门级的规模,开发工具PDS也在不断完善,通信和视频处理的客户比较多。高云半导体(Gowin)主打中小规模的FPGA,芯片价格低、封装选择多,很多消费类和工业控制里胶合逻辑的场景,用高云的小FPGA几十颗就能替代一片CPLD或者一堆分立逻辑,性价比非常高,是目前国产替代最活跃的一家。安路科技(Anlogic)在视频图像处理这块做得不错,很多做LED显示驱动、视频拼接的客户在用,而且开发工具配套的视频相关IP比较全。另外还有上海国微、京微齐力、智多晶这些厂商,各自在特定领域有自己的阵地。
实际选型给几个实用的建议。第一,先看逻辑资源够不够,把你需要的触发器、LUT、Block RAM、DSP数量大概估出来,选资源余量30%以上的型号,后期改需求不至于换芯片。第二,看IO和硬核资源,要不要高速收发器(GTP/GTX)、要不要PCIe、要不要ARM硬核、要不要DDR3/DDR4接口,这些硬需求直接能把选型范围缩小一大半。第三,看工具和生态,团队之前熟哪家的工具就优先用哪家,重新学Vivado或者Quartus都是有学习成本的,国产工具虽然一直在进步,但比起Vivado和Quartus在稳定性和IP丰富度上确实还有差距。第四,看供货和价格,这两年芯片缺货大家都吃过苦,国产化替换能做的尽量做,多找两家厂商做Pin to Pin兼容的备选方案,别被一家卡死。
总结一下:高端复杂应用、追求生态和IP丰富度,选XILINX;中低端工业应用、团队熟Quartus,选INTEL;低功耗小逻辑,选Lattice;追求成本和国产自主可控,中小规模上高云、安路,中大规模上紫光同创。现在的FPGA市场,已经不是两家独大的年代了,国产厂商的产品力和服务都在快速追赶,很多场景下的替代方案已经很成熟,工程师的选择也越来越多。
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