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京微雅格上下求索 国产FPGA路在何方?


FPGA的舞台虽然华丽,但是入口门槛之高在IC行业里无出其右。全球有60多家公司先后斥资数十亿美元,前赴后继地尝试登顶FPGA高地,其中不乏英特尔、IBM、德州仪器、摩托罗拉、飞利浦、东芝、三星这样的行业巨鳄,但是最终登顶成功的只有位于美国硅谷的四家公司-Xilinx(赛灵思)、Altera(阿尔特拉)、Lattice(莱迪斯)、Microsemi(美高森美)。上述4家公司手握9000余项专利。其中Xilinx和Altera占据其中的6000余项。如此之多的技术专利构成的技术壁垒当然“高不可攀”。


要想在FPGA市场上分一口肉,首先要做的就是技术专利的公关。有了技术专利才有立足的根本。京微雅格CEO刘明博士介绍,京微雅格就是从这一步开始一步一步往下走的,10多年来,京微雅格做着最基础的工作。一面攻克技术难点,一面研究专利文献,规避人家已布局的专利,再把自己的技术通过申请专利明确所有权。京微雅格现在申请了160多项专利,布局了“山”“河”“云”“星”四个产品系列,正在从低端向中高端市场迈进。京微雅格也不再低调,一年内连续发布3款新品,继“泰山”“衡山”“金山”之后,“华山”“黄河”等一系列产品密集问世。但是有一点比较遗憾的是开发速度较慢,原规划的属于中、高端的产品到上市时对比于竞争对手已经属于中、低端。


在2015年上海慕尼黑电子展上,京微雅格带来了CME-M1(衡山)系列、CME-M5(金山)系列、CME-M7(华山)系列、CME-HR(黄河)系列以及Primace设计套件。除了芯片产品,京微雅格还带来了汽车电子、机器人、触摸屏控制等一系列解决方案。


京微雅格CEO刘明博士

 

SOC  FPGA将融合进行到底


未来10年是FPGA融合的时代,在FPGA中会集成硬核处理器、大容量逻辑单元、精度可调DSP等,利用这种兼顾的架构可不断拓展应用领域,覆盖高性能计算、高性能存储、汽车马达控制等。FPGA正通过吞并融合的方法来拓宽应用范围,而京微雅格各个系列都是秉承融合的设计思路。

 

CME-M1(衡山)是一款集成了增强型8051处理器硬核和FPGA等资源于一体的智能型器件,能够实现完全可定制系统设计和IP保护能力,而且易于使用。内嵌的优化高速RAM使8051处理器硬核具有业界最高的速度、最高的性能,且易用易调试。设计者可以便捷地利用CME的Primace进行FPGA设计,利用第三方EDA工具Keil TM进行嵌入式设计。  基于CME-M1的单芯CAP(Configurable Application Platform)比传统专属功能微控制器具有更大的灵活性、比现有使用软核处理器的FPGA具有更低的成本,能够实现超越现有8051系统性能的极限,采用SRAM的0.13微米工艺。可广泛的用于显示控制、工业控制、数据安全、通行接口等领域。


CME-M1架构图

 

CME-M5和CME-M1一样融合了增强型8051内核,最高可达6144个LUT。采用了全新的高性能架构Tile,基于SRAM的65纳米工艺,最高逻辑性能可达250MHz。16个18x18 DSP(MAC)可用作32个12x9 DSP(MAC)。这款芯片还有一个亮点就是“安全”,使用128位AES配置文件流加密并有基于Efuse的保护功能,SPI接口闪存访问也可以通过密匙控制。总的来说CME-M5是CME-M1的一个升级版本。可用于消费电子、测试仪表、医疗电子、通信广播、军工、计算机等领域。


CME-M7相比于前两款,在性能、工艺、架构等方面都有了质的提升。集成了主流的ARM Cortex-M3内核和高性能FPGA。其中FPGA部分采用高达12K容量的新型LP (Logic Parcel,逻辑包)结构,优化了FPGA与Cortex-M3内核的通信接口,客户可根据设计需求在FPGA上实现不同类型接口。同时,内置的Cortex-M3内核结构基于FPGA应用也进行了优化,数据与程序空间均动态可调。通过将FPGA、CPU、SRAM、ASIC、Flash以及模拟单元等功能模块集成在单一芯片上,CME-M7不仅极大的降低了工程师的开发设计难度,有效减小了所需的板间面积还极大的降低了系统成本,具备超高系统性价比。CME-M7具备丰富的I/O资源与封装,整合了以太网、USB、CAN、DMA控制器以及DDR控制器等外设,能够满足不同应用场合设计需求,真正实现“按需定制 随时可用”设计需求。可被广范的应用在视屏显示、医疗设备、仪器仪表、汽车电子等领域。


CME-M7开发套件


CME-HR(黄河)相比于前面三款的最大特点是低功耗。采用40nm UMC低功耗工艺,待机功耗低至32uW,可配置低摆幅差分I/O,可通过关断片上资源降低静态功耗,通过动态时钟切换及门控时钟系统有效的降低动态功耗。最高可达15360个4输入查找表(LUT),128位AES配置文件密钥及用户自定义安全ID,用户可配置IO、最多可提供80对LVDS IO,多种小封装可选、最小支持1.5mmx1.5mm封装。


CME-HR封装型号


从上述产品我们可以看出京微雅格的特点,与美国四家公司的不同之处很是鲜明。但是不得不承认存在的差距还是很大的。与赛灵思的Zynq-7000系列、Altera的28nm Cyclone V和Arria V产品、Microsemi的SmartFusion器件相比,无论是性能、工艺、架构上都落后了不止一代。最大的优势也就是京微雅格常提到的“本土化”,主场作战是有一定的优势,可是要是产品性能差距过大那也无优势可谈。所以在保持鲜明特点的同时,京微雅格还必须在技术突破的路上不断探索,不能够落后太多,否则仅有的本土化的优势也不能成为长久的“保命符”。


“地”是有了 “耕地”的工具也不能少


EDA一直是国人心中永远的痛,我国在整个电子产业链的各个环节EDA设计工具的缺失让无数电子设计的同仁们没少抓耳挠腮。对于本土化EDA工具的呼唤之声不绝于耳,奈何EDA的垄断更胜其他。FPGA的开发也离不开EDA工具,是FPGA的第二生命,用户通过它和FPGA沟通,完成电路设计,功能实现。


Primace是京微雅格自主研发的一款EDA设计工具,使用它可以快速、高效地进行FPGA和CAP(可配置应用平台)应用设计。图形化用户界面,支持Verilog和VHDL混合编程,也可与第三方工具无缝连接(Prime Time和ModelSim等) ,提供丰富的IP(基于IP Wizard),支持命令行操作界面,支持远程下载编程,比特流加密,片上调试功能。


Primace设计流程图


京微雅格的这款EDA工具与赛灵思、Altera的功能相似性很高,没有软核操作系统等功能。在易用性、综合效率、编译效率等方面还有很多事情要做。


汽车电子、机器人一个不能少


在汽车电子领域FPGA能提供系统集成,减少系统BOM成本,弥补采用ASSP器件的不足。FPGA能提供如I/O扩展,电源管理,增加外设如CAN等,同时能提高系统安全性,加快产品到市场的时间。在工业领域,从音视频成像技术到精密的马达驱动、工厂流水线控制,通过融合FPGA、CPU、Flash、ADC、SRAM、接口IP等功能模块与单一芯片,极大的降低开发难度,缩短产品面市时间。


本次展会京微雅格带来了他们在汽车电子、机器人方面的应用实例。下图是本次展会的现场图片。


刘明表示,目前京微雅格的最大挑战是如何让国产FPGA尽快地进入市场并得以认可,除了自身修炼内功之外,还需要国内市场持续关注国产FPGA的研发进度,带动整个使用国产FPGA的生态链发展。


京微雅格已经实现了从技术到产品的转变,接下来就是从产品到产业的构建。后一步比前一步更加的艰难,也是最重要的一步,京微雅格必须建立起自己的生态系统,积极努力构建产业的上下游,将“本土化”筑成“新的长城”这样既可以开疆拓土,也可以抵御外敌。


未来,“产业链的构建”才是国产FPGA的核心竞争力。


来源:与非网  http://www.eefocus.com/fpga/340511




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