紫光同创PGL22G开发平台试用连载（1）-FPGA参数分析和对比

FPGA开发圈 2020-07-15 00:00

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首先很高兴有机会参加电子创新网举办的紫光同创国产FPGA开发板试用活动。这还是我第一次获得开发板试用的机会，有点小兴奋，有点小激动。

我相信对于大部分FPGA工程师入门时，使用的都是国外的逻辑器件。我人生中的第一块FPGA开发板是Altera的Cyclone-IV，之后还使用过Xilinx的Spartan-6开发板。那一年我大四，然后读了研究生，读研期间做项目使用的仍然是Cyclone-IV系列的器件。工作之后，项目主要使用Xilinx的UltraScale Kintex和Artix-7系列的器件，但是Altera的Cyclone-V和Max10，Lattice的XO2系列FPGA不同的项目也都有使用。

对于FPGA市场，主要的市场份额都被Xilinx、Altera（现在是Intel可编程逻辑事业部了）和Lattice把控着。其中Xilinx无疑是最大、也做的最好的。FPGA相对于其他半导体器件，技术难度确实非常高，不光在于FPGA器件的设计，更在于配套的软件开发工具、厂商提供的IP和解决方案。比如Xilinx，开发工具Vivado非常的强大，综合和布线效率都是业界最先进的，提供的IP非常丰富，不仅包括各种高速、低速外设接口IP，更包括了许多灵活的内部总线IP，例如AXI Interconnect IP。这样可以极大的提高客户硬件板级和FPGA内部架构的设计效率。更进一步的，Xilinx和Altera都提供了可在FPGA内部实现的软核Nios和MicroBlaze，之后两家都推出了集成硬核ARM Cortex-A CPU的器件-ZYNQ和Cyclone-V Soc。这种将软件和硬件集成在单个FPGA器件内的技术，个人认为都是非常难的。进入5G和AI时代，两家面向数据中心和人工智能行业推出了新一代器件，工艺已经跨进10nm，集成了更多的高速连接和处理引擎，Xilinx的Versal和Intel的Agilex，已经远远领先于其他竞争者了。

下面来说说国产FPGA，首先紫光同创的Logos系列FPGA绝对是我接触过的第一个国产FPGA。但是对于国产FPGA坎坷的发展道路，行业内的同事应该都清楚。由于内部外部的各种限制因素，目前国产FPGA只能走农村包围城市的路线，先能替代国外的低端FPGA和CPLD市场，再逐渐向高端市场进攻。目前，国内比较强的厂商包括：紫光同创、上海复旦微和安路科技等。

那国产的FPGA到底什么水平，我今天来介绍一下本文的主角-紫光同创Logos系列FPGA PGL22G。目前紫光同创共有三个系列的器件：Titan系列、Logos系列和Compact系列，其中Titan和Logos都是40nm工艺的FPGA，Compact系列是CPLD，采用的是55nm eFlash工艺。Titan相对于Logos主要是支持高速Serdes，并且容量可达180K。Logos的逻辑资源是12K~50K，没有高速Serdes。

逻辑资源方面，Logos的基本逻辑资源叫做CLM，一个CLM包括4个LUT5和6个寄存器，LUT5是自研的架构，等效1.2个LUT4。只有1/4的CLM可以配置为分布式RAM。Block RAM方面单个是18Kb，可以拆成两个9Kb的。运算资源称为APM，可以做18*18或者两个9*9，支持累加器。值得一提的是，PGL22G是支持硬核DDR控制器的，称为HMEMC。PGL22G这款开发板上也有一个256Mx16bit的DDR3。片上集成了一个ADC可以监控核压、节温和10路外部模拟量，类似Xilinx的XADC。

看到这样的资源情况，大家可能本能的会和国外的厂商相似容量的器件对比。那么按照40nm这个工艺节点来说，只能和Xilinx的Spartan-6和Altera Cyclone-IV对比了。

Spartan-6 XC6SLX25是45nm工艺，资源方面比PGL22G略大一些，Cyclone-IV EP4CE22E是优化的60nm低功耗工艺，资源和PGL22G差不多。个人猜测Logos系列和Titan系列内部架构是一样的，只是容量更大并且集成了高速Serdes，相当于XC6SLXxxT系列和EP4CExxGX系列的器件。所以结论就是，Logos+Titan相当于Xilinx Spartan-6和Altera Cyclone-IV的水平，但是器件种类和封装还不如大厂丰富，这个可能是由于2018年才量产，起出货量还不够大，工艺还不够成熟导致的。相信随着推广会有更多的型号可选。

最后来说说试用的开发板PGL22G，这块开发板是由ALINX上海芯驿电子（可能叫黑金大家更熟悉）推出的。核心板加底板的形式，核心板包括FPGA最小系统、电源、DDR3和配置FLASH。底板包括一些常见的接口和扩展板接口。我用过很多黑金的开发板和扩展板，总体来讲对于初学者非常的友好，特别是资料和实例做的很好。

另外一个值得一提的优点是：FPGA的官方资料都是中文的，这个实在是太好了，感觉从来没有像这次这样，看Datasheet的时候如此轻松。