FPGA的价值所在是鼓励创新

 中国电子报、电子信息产业网  作者:朱璟辉(Jason Zhu),高云半导体首席技术官兼副总裁
发布时间:2015-05-29
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  在今天,创新能力是个热门话题。世界知识产权组织(WIPO)每年公布的全球创新指数(GII)越发引人注目。地区性的组织如欧盟,民间组织如福布斯等等,每年也有各种创新能力的排行榜发布。都会引起众多媒体的广泛关注。

  各个国家在战略、政策上对此也高度重视。2013年,国务院发布了《关于印发“十二五”国家自主创新能力建设规划的通知》,提出了“我国坚持把增强自主创新能力作为科学技术发展的战略基点和提高综合国力的关键,大力推进科技进步和创新,强化了对经济社会的发展和囯家安全保障的支撑。”【1】

  2015年,国务院又印发《中国制造2025》明确提出提高国家制造业创新能力。【2】

  在创新能力前列的国家如美国,也是时刻保持危机感,不愿在这方面有丝毫放松。在2004年出版的著名的《哈佛商业评论》期刊中,R. Florida发表了一篇文章“美国正在到来的创新危机”。其中提到“美国国家经济的竞争力与保持其在高科技领域的优势是直接关联于一个态度,就是对新生事物与思想的开放与接受度,其结果是鼓舞了人们创新的活力,收获了人们创新的成果…。就象斯坦福大学的经济学家Paul Romer先生一直坚称的,人类大的进步总是来源于新思想,而新思想不是从天上掉下来的,是来源于你和我。”【3】今天,创新式思维对于所有工程领域的技术人员变得如此重要。这主要是全球范围的技术进步所带来的压力。竞争已经是在全球范围了。

  我们来看一下创新思维与发明创造的关系。发明创造是每个工程技术人员的梦想,而创新思维是发明创造的第一步。创新思维是我们大脑在产生新思想或新概念的一个过程,也可以是对现存思想和概念新的延续。发明创造是选择、组合、提炼并升华最好的创新思维而成为现实。两者对于企业和大学、科研机构的竞争力至关重要。【4】

  在电子工程领域,FPGA在培养和教育新一代工程技术人员的创新思维中扮演着重要角色。

  FPGA取自Field Programmable Gate Array,译为“现场(Field)可编程(Programmable)逻辑阵列(Gate Array)”。FPGA是可以反复编程的逻辑器件。简单说,用户可通过硬件描述语言完成的电路设计,再经综合与布局,可产生数据流文件,最后编程下载到 FPGA 上。下图为高云FPGA芯片:

  在Michaela Elena Radu与Clint Cole合著的“在数字电子设计教学中发挥创新式思维”这篇文章中介绍了在美国Rose Hulman理工学院,电子与计算机工程系所做的一项研究。主要进行了两个教学实验:

  第一个是在数字设计课程教学中。在理论教学五周后,有三周实验教学。传统的教学大纲中每周有两到三小时间可以在实验室动手实践。新的教学方式则是让每个学生都拥有一套自己的FPGA开发板及相应的软件工具。学生随时可以使用。让FPGA开发板大量的被学生来使用。

  第二个是组织电子设计大赛,参赛者每人均可获得一套赞助的FPGA开发板及相应的软件工具,不管是否最后获奖。

  在课程结束及电子设计大赛结束后进行了数据分析,在对创新思维及发明创造的影响进行评估中得到的如下结论:广泛的使用FPGA开发板及相应的软件工具对学生的创新思维有极大的鼓舞,激发了学生对于发明创造的渴望。学生对学习到的技能充满信心。【5】

  FPGA不仅仅在教学中起到了培养创新能力的作用。在学生进入到工作岗位后更加对于创新和发明仍然起着重要作用。

  在今天电子设计工程领域的一个主要工作是基于SOC芯片的系统设计。而SOC可分为ASlC和FPGA两个主要方向。众所周知,ASIC设计非常昂贵,ASlC所需的的设计工具都以数百万美元来计。而流片费用更是节节攀升。只有实力雄厚的大公司才能问津。而另外一个选择FPGA则是提供免费的软件工具,还有各种价格适中的FPGA开发板,受到很多工程师的晴睐。这就使得用FPGA的设计者人数远远超出了ASIC,而且使很多初创公司受益。今天,一个有趣的现象就是在互联网上的各种电子设计爱好者论坛,发烧友论坛中,关于FPGA设计的话题非常的活跃。按照前面Paul Romer先生提出的新思想是来源于群众的观点,FPGA的生态环境可以说是孕育了很多新思维的沃土。

  作为中国FPGA产品的领导者,高云半导体对此有深入的理解。

  “为加速芯片和电子系统创新而提供软件、知识产权(IP)及服务的全球性领先供应商新思科技公司日前宣布:已与广东高云半导体科技股份有限公司(Gowin Semiconductor)就Synopsys SynplifyPro FPGA综合工具签署一项多年OEM协议。该协议将使高云的客户能够改善逻辑综合运行时间,并为GowinGW2A/3S FPGA系列实现更高质量的时序、面积及功耗设计。高云半导体已与Synopsys合作把Synplify Pro集成到用于其GW2A/3S FPGA系列的GOWINTM设计套件中。”-摘自新思科技公司官网 2014年11月4日。

  上图是已经整合到高云设计软件工具包中的著名的新思逻辑综合软件工具。通过与新思的合作,高云将可能向高云的客户提供免费的FPGA高级设计工具。

  高云还在业界第一个提出了基于现场可编程门阵列(FPGA)的IP软核平台—星核计划。该平台由高云半导体发起并参与,提供FPGA开发平台和软件工具,旨在打造具有我国自主知识产权的IP核平台,发展国产集成电路设计的生态链、形成自主知识产权的集成电路设计软核;将邀请国内相关IC公司、科研院所、高等院校等加入,以FPGA为设计平台,积累IP核的资源库,形成联合研发群体,打造国内首创的国产集成电路设计软核研发平台,降低集成电路设计及FPGA应用的成本,提升中国集成电路IC设计的整体水平。目前已有山东,天津,广东,上海,北京等地高校及研究机构加入。

  在高云已经开始提供样片的GW2A家族FPGA器件的设计理念中,特别把降低用户使用成本作为优先考虑。在同等密度的FPGA中提供了最多IO数。成为业界的领先者。器件采用台积电(TSMC)的55纳米工艺,逻辑单元从18K LUT到55K LUT,多达5兆位的存贮器块能够提供多种模式、多种深宽度配置及单双端口的读写操作;多达80个18X18的DSP模块,可进行高速的加法、减法、乘法及累积算法;498个数字单端输入输出,可支持从1.2V到3.3V的输出电压,驱动电流可配置,多种广泛应用的输入输出协议如LVTTL、LVCOMS、PCI、STL、SSTL、RSDS、LVDS等;多达8个通用锁相环工作范围从3MHz到500MHz并提供多种用户时钟操作模式;动态I/O bank控制器的独立模块的待机工作模式以及更低的工作电压;支持广泛的接口标准,包括DDR2、DDR3、ADC、视频、SPI4等。可提供多种封装,包括:PBGA256、PBGA484、PBGA672、PBGA1156,将来可根据用户需求,提供更多封装类型。

  高云希望能在增强国家自主创新能力建设中贡献一份力量。

  参考文献:

  [1] 《国务院关于印发“十二五”国家自主创新能力建设规划的通知》国务院印发2013

  [2] 《中国制造2025》国务院印发 2015

  [3] R. Florida, “America’s Looming Creativity Crisis” in Harvard Business Review, 82 (10), 122, 2004.

  [4] Chung. Yu, M.F.A. and David Shaw, “Fostering Creativity and Innovation in Engineering Students”,in the proceedings of the 2006International Mechanical Engineering Education Conference, Beijing,China, April 2006.

  [5] Michaela Elena Radu , Clint Cole, “Enabling Creative Thinking in Digital Design Education”Rose Hulman Institute of Technology, Department of Electrical and Computer Engineering,Terre Haute, IN, 47803, U.S.A. , DigilentInc, Pullman, WA, USA

  作者简介:朱璟辉(Jason Zhu),高云半导体首席技术官兼副总裁。在北京清华大学获工程物理和计算机学双学士学位,在美国加州大学洛杉矶分校UCLA获硕士学位。从事可编程逻辑器件FPGA的研发工作20年,历经多代 产品的研发。朱璟辉拥有11项美国发明专利。5项中国专利。


来源:中国电子报、电子信息产业网            责任编辑:陈炳欣
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