零基础学FPGA（二）：FPGA生产厂家及产品（呕心沥血，小白如何选择板卡）
作者：互联网
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前言
FPGA是Field Programmable Gate Array的简称，翻译为现场可编程门阵列。是在硅片上预先设计实现的具有可编程特性的集成电路，它能够按照设计人员的需求配置为指定的电路结构，让客户不必依赖由芯片制造商设计和制造的ASIC芯片。广泛应用在原型验证、通信、汽车电子、工业控制、航空航天、数据中心等领域。
作为一名刚入门的小白，该如何选择一块FPGA板卡呢？ 本期文章就从各大厂商及其产品，为大家讲解一些FPGA板卡的特点。因为本人能力有限，很高兴邀请到了我的“好姐妹”——俩零同学跟我一起合作完成这期文章。
本期文章，篇幅较长，希望大家耐心看完，都是我们花费好多心血整理出来的。
一、国内外知名企业
1.1、国外四巨头
目前世界上有十几家生产FPGA公司，最大的四家是：Xilinx（赛灵思）、Altera（阿尔特拉）、Lattice（莱迪思）、Microsemi(美高森美)。 这四家均为美国硅谷公司，其中Xilinx与Altera这两家公司共占有全球近90% 的市场份额，专利达到6000余项之多，形成垄断的格局。而Xilinx占有56% 的市场份额，始终保持着全球FPGA的霸主地位。
上面一连串的数据，简单来说，就是FPGA前景诱人，但是基本被国外垄断，还是美国。造成这种原因主要还是：门槛太高，在芯片行业里无出其右。（这种局势，对于我们这种小白来说，最麻烦的就是，国内资料少，而且大部门还是英文资料，相信很多工科男都是 望“英”止步）。同时Intel和Xilinx两家掌握了FPGA行业70%的知识产权，筑起了高高的产权壁垒，让许多后续想发展FPGA的行业巨头难以超过。
1.1.1、 Altera（阿尔特拉）
Altera公司1983年成立，总部在美国加州，是专业设计、生产、销售高性能、高密度可编程逻辑器件(PLD)及相应开发工具的一家公司。2015年12月英特尔斥资167亿美元收购了Altera公司。 这是Intel当年最大的收购案。
Altera公司目前提供了3个系列的FPGA ：低成本的Cyclone系列（学生一般都用这个系列）， 高性能的Stratix系列，还有介于二者之间可以方便ASIC化的Arriva系列。
Cyclone系列： 该系列的目标为低成本的应用，适用于简单的嵌入式系统的设计。目前该系列最新的Cyclone V FPGA实现了业界最低的系统成本和功耗，其性能水平使得该器件系列成为理想选择。与前几代产品相比，总功耗降低了40%，具有高效的逻辑集成功能，提供集成收发器型号及具有基于ARM的硬核处理器系统(HPS)的SoC FPGA型号，满足了目前大批量应用对最低功耗、最低成本及最优性能水平的需求。国内现在Altera的学生板卡一般都用Cyclone IV的做主芯片。
Stratix 系列: 该系列的FPGA的基本结构类似于Cyclone系列，但是Stratix系列包含了DSP模块和一个较大的存储器模块。该系列的最新一代为Stratix 10,它具有高性能四核64位ARMCortex-A53处理器系统、浮点数字信号处理(DSP)模块和高性能FPGA,它的架构是目前最高端的FPGA之一。Stratix 10在性能、功耗、密度和集成方面具有突破性优势。其革命性的HyperFlex内核架构采用了Intel 14 nm三栅极工艺，性能是前一代FPGA的2倍，同时功耗降低了70%。目前世界上单体计算量最大的FPGA就是Intel的Stratix FPGA。
Arria系列: 该系列设计用于对成本和功耗敏感的收发器及嵌入式应用。Arria FPGA系列提供丰富的存储器、逻辑和数字信号处理(DSP) 模块资源和主要用于串行通信的增强高速收发模块。最新的Arria 10系列在性能上超越了前一代高端FPGA,而功耗低于前一代中端FPGA,重塑了中端器件。
1.1.2、Xilinx（赛灵思）
Xilinx (赛灵思)公司是最大的可编程逻辑器件供应商之一，能够提供一系列的产品和服务，包括半导体IC、软件开发工具、定制系统和技术支持。公司成立于1984年。总部设在美国加利福尼亚州圣赫扎市，现场可编程门阵列（FPGA）的发明者。
2020年10月27日 AMD 同意以股票交易的形式，按照 350 亿美元的价值收购 Xilinx（赛灵思），AMD 预计交易在 2021 年底完成。
Xilinx的FPGA分为两大类，侧重低成本，容量中等，性能可以满足一般的逻辑设计要求的Spartan系列；侧重于高性能应用、容量大、性能能满足各类高端应用的Virtex系列。在新一代产品中Spartex系列被Artix和Kintex系列所取代。
Artix系列: 该系列的Artix-7器件在28nm节点实现最低功耗和成本，并且经过优化，可以在低成本FPGA中实现最佳性能/功耗组合、AMS集成，以及收发器线速。此系列为各类成本功耗敏感型应用提供最大价值，包括软件定义无线电、机器视觉照相及低端无线回传。
Kintex系列: 该系列的Kintex-7 FPGA能在28nm节点实现最佳成本/性能/功耗平衡，同时提供高DSP率、高性价比封装，并支持PCIe Gen3和10 Gigabit Ethernet等主流标准。Kintex-7系列是3G/4G无线、平板显示器和video over P解决方案等应用的理想选择。
Virtex系列: 该系列的Virtex-7 FPGA针对28nm系统性能与集成进行了优化，提供了业界最佳的功耗性能比架构、DSP性能及I/O带宽。该系列可用于10~ 100G联网、便携式雷达及ASIC原型设计等各种应用。
Zynq-7000 系列: Xilinx 于 2010 年 4 月推出的行业第一个可扩展处理平台，这款基于 ARM 处理器的 SoC可满足复杂嵌入式系统的高性能、低功耗和多核处理能力等要求。ZYNQ 的本质特征，是它组合了一个双核 ARM Cortex-A9 处理器和一个传统的现场可编程门阵列（FPGA）逻辑部件。 由于该新型器件的可编程逻辑部分基于赛灵思 28nm 工艺的 7 系列 FPGA，因此该系列产品的名称中添加了“7000”，以保持与 7 系列 FPGA 的一致性，同时也方便日后本系列新产品的命名。简单来说，就是ZYNQ 中集成了 ARM 处理器与 FPGA。可以用来做FPGA开发，也能做嵌入式开发，也能做Linux开发。
1.1.3 Lattice（莱迪思）
莱迪思半导体公司于1983年在俄勒冈州成立，1985年在特拉华州重组。莱迪思提供业界领先的SERDES产品。为当今系统设计提供全面的解决方案，包括能提供瞬时上电操作、安全性和节省空间的单芯片解决方案的一系列无可匹敌的非易失可编程器件。
值得一提的是，苹果iPhone7中采用了Lattice的FPGA芯片，型号为 ICE5LP4K。此外，HTC的VR产品中同样也采用了其FPGA芯片。
1.1.4 Microsemi(美高森美)
Microsemi Corporation( 美高森美公司) 创立于1960年，前称Microsemiconductor Corporation,于1983年3月改为现用名,总部位于美国加州Aliso Viejo,全职雇员4500人，是一家半导体集成电路公司,在美国、欧洲和亚洲从事设计、制造和销售模拟和混合信号半导体解决方案。
1.2、国内八金刚
近几年国内FPGA产业已看到些亮点，但我们不得不承认国产FPGA产业才刚起步，与国际巨头还存在较大的差距，不论从产品性能、功能、功耗、软件、应用支撑上都有差距。甚至成本上，我们的优势也不大，本土FPGA厂商任重而道远。
下面介绍国内几个知名企业，排名不分先后。
1.2.1 上海安路科技：28nm批量供应
上海安路信息科技有限公司成立于2011年，公司的创始人及核心运营团队由来自世界著名的FPGA公司和EDA公司的海内外高级技术、运营管理人才，以及学术界资深FPGA专家组成，从业经验均超过10年。
其FPGA从55/40nm进入主流28nm工艺平台，在器件性能和容量上也都有较大的提升，相应地对FPGA编译软件和IP也提高了要求，28nm器件在2020年批量供应。安路的FPGA软件在国内算是少有的，比较完善的FPGA设计软件，对于工程师来说，安路的芯片确实在很多情况下作为Altera 的国产替代方案。目前安路科技也在积极的通过RISC-V这个开源指令集进行IC研发。
1.2.2 深圳紫光同创：高性能FPGA已量产商用
安路科技、紫光同创和高云半导体曾被台媒称为“国内FPGA三架马车”。
紫光同创是紫光集团旗下紫光国微的子公司，成立于2013年，有十余年可编程逻辑器件研发经历，布局覆盖高中低端FPGA产品。也是目前编者接触比较多的国产FPGA公司，在很多集成电路方面的比赛上都设有专门的杯题。
紫光目前的FPGA是中国市场上，相对来说，应用范围最广，行业方案最多，生态链最丰富的国内FPGA企业，他的EDA软件和行业生态链算是目前最完善的，能够让很多使用紫光FPGA方案的厂商和工程师相对便利的应用在领域工程中。
1.2.3 广东高云：28nm中高密度FPGA
高云半导体于 2014年1月成立，公司以国产现场可编程逻辑器件（FPGA）研发与产业化为核心，旨在推出具有核心自主知识产权的民族品牌FPGA芯片，提供集设计软件、IP核、参照设计、开发板、定制服务等一体化完整解决方案的民营高科技公司。
1.2.4 京微齐力：中国第一家量产FPGA的公司
中国第一家量产FPGA的公司，曾传出面临倒闭的危险，重新融资后，瞄准云端服务器、消费类智能终端等新兴场景，研发新一代AI可编程芯片AiPGA、边缘异构芯片HPA、嵌入式可编程eFPGA三大系列产品。
1.2.5 上海复旦微电子：超大规模亿门级FPGA
复旦微主要做军用FPGA。
1.2.6 上海遨格芯：从编译软件切入生态链
上海遨格芯在杭州、上海和北京设有办公室，自公司2012年创办以来，专注于研发自主知识产权的FPGA核心软件和硬件技术。已经推出三个系列的CPLD、FPGA、Programmable SoC产品进入量产。
1.2.7 西安智多晶：小米为第四大股东
智多晶微电子专心致力于成为中国第一大可编程逻辑电路（FPGA与CPLD）集成电路制造和应用供应商。 在中国设计，在中国制造，销售到全球，成为世界前三大FPGA和CPLD制造供应商。
1.2.8成都华微电子科技有限公司
是国家“909”工程集成电路设计公司和国家首批认证的集成电路设计企业，隶属于中国电子信息产业集团，以芯片设计为主，辅以电子应用产品开发、技术服务。公司具备90纳米CMOS、0.18微米Bi-cmos及BCD先进制程的数字模拟混合信号设计技术，可编程逻辑器件、A/D、D/A、模拟电路及接口电路的系列产品方面在国内具有领先优势。都华微科技：高速、精度ADC/DAC领先
----------------看到这就坚持不下去了？？？？不了解一下形势，怎么敢说自己会FPGA？你还是继续当个快乐小白吧。-----------------------
二、板卡推荐
学生的资金一般只有千来块，如何选择一块FPGA板卡很重要。下面就从入门、进阶、深入，为大家介绍几款做设计的板卡。
1、正点原子
相信做嵌入式的同学都听说过正点原子，正点原子是出了名的资料多，并且他们家的资料都开源。重点：零基础手把手教学，只要不是个笨蛋，看他家视频基本都能看懂。
1.1、开拓者（入门）
一提起FPGA板卡，就不得不说开拓者，这款开发板简直就是小白专属：板载Cyclone IV系列芯片EP4CE10，其内部的逻辑单元达到10320，外设器件资源丰富，能够满足各种入门学习，配套教学视频高达80多个，价格实惠，一块板加一个下载器，目前价格看了一下是496。 同时，开拓者有一个控制人专有的福利，有88个外设IO口，能够满足你在做各种各样的电机控制。 （这里没有打广告的意思，就单纯帮大家分析开发板）
另外开拓者使用的是，Altera的Quartus II设计，页面整洁，编译、综合速度快。 （Quartus II永远滴神，无脑粉，哈哈哈哈）
1.2、达芬奇
当你从一名菜鸟小白变成一名不是很菜的小白后，你可能想做一点项目类的工程，这个时候开拓者的逻辑单元，缓存芯片可能已经无法满足你了。这个时候，你可以试试达芬奇。
达芬奇 FPGA 开发板主控芯片为 XC7A35T-2FGG484I（Xilinx Artix7 系列芯片），该芯片有 33K LC（逻辑单元），1.8Mbit BRAM， 5 个时钟管理单元，集成 DDR3 硬核，性价比非常高。 同时，该板卡将FPGA 芯片内部的资源发挥到了极致，扩充了丰富的接口和功能模块，两个28x2扩展口，共112个扩展IO口，每组包含1个3.3V和5V电源接口。
这款板卡使用Xilinx的Vivado设计，Vivado功能更多，但是缺点就是，页面复杂，编译、综合时间真的长。
1.3、启明星
在上面介绍Xilinx的时候，提到了一个Zynq—7000系列，启明星这款板卡用的就是这个系列的芯片：zynq-7010。 这款板卡，采用核心板+底板的设计风格。
ZYNQ 作为目前热门的 SOC 类处理器，正在被越来越多的公司选择使用。学习 ZYNQ 的朋友也越来越多，初学者可能会认为 ZYNQ 很难学，以前只学过 51，或者甚至连 51 都没学过的，一看到 ZYNQ 就懵了。所以，这里不建议小白一入门就选择zynq这样的板卡。（可以学习完51和开拓者再过渡到zynq）
学习 ZYNQ 之前需要先对 ZYNQ 的基本结构和其功能有个大概的了解，如 PS、AXI 总线、锁相环 PLL、FIFO 等。需要知道 PLL 是用来产生不同频率的时钟，如使用 WM8960（音频编解码芯片）时需要生成 12MHz的时钟；FIFO 用于数据的缓存和异步时钟域数据的传递等。
2、小梅哥（入门）
小梅哥从2014年就开始做FPGA学习板卡，学习资料也是出了名的多。不过编者没有用过小梅哥的FPGA板卡（主要我不太喜欢他们家的设计风格），这里就不做过多介绍，有兴趣的可以上某宝看看他们家的板卡。 （他们家的板卡，跟正点原子差不多，资料也是同样开源）
3、黑金（进阶）
相对于正点原子很优秀的FPGA入门教程，黑金在教程上面就有点平平无奇了，在我买的许多块黑金的FPGA板卡中，黑金的教程可以说是平平无奇的并且还有点尴尬的。
但是不得不说，黑金的FPGA确实有他的魅力，相对于正点优秀的教程，黑金更偏向与高端方案提供者，在黑金的板卡里，除去一般的学习板，大部分的板卡更适合方案评估板和方案测试。 那对于初学，又有什么优势呢？
AlteraFPAG入门是我很早的一篇博客，关于我是怎么入门FPGA的，可以参考看看。
黑金应该是中国最早做FPGA学习板卡的商家之一（锆石倒闭了），经过非常长的一段时间的打板，
黑金在FPGA板卡是资源配置和PCB布线的精细程度，正点确实是比不上的。黑金在学习板卡的外设提供上，给足了常用的学习器件，又提供了72个拓展IO，能够基本完成学习和一般的学术开发，像数字信号处理、数字图像处理、器件控制等……同时，黑金的教程虽然不够清晰明朗，但是在Demo的提供上，黑金提供了许多高级的FPGA例程，包括数字图像处理、数字识别、车牌识别、以及高级板卡上的图像纠正、系统测试，这些高级例程对于FPGA的学习是很有帮助的。
同时，黑金拥有多款紫光同创的FPGA板卡。
4、PYNQ专供（深入）
PYNQ是Xilinx开发的一款能够基于Python编程控制FPGA的硬件板卡，他的FPGA芯片是Xilinx的ZYNQ，也就是嵌入了两个双核ARM9内核的SOC。虽然从传统意义上来说，PYNQ并不是一个纯粹的FPGA器件，含有ARM架构的FPGA，算是一块SoC。不过由于现阶段纯粹只含有可编程逻辑器件的FPGA已经不能满足当下的需求了，所以目前的FPGA，大部分我们不称为可编程逻辑器件，而是叫做片上可编程系统，它们具有FPGA的特点，但是可编程的范围变得更加宽阔。
PYNQ的特点是Python + ZYNQ； 功能的体现就是我可以在Linux上，通过面向对象的方式编程，然后调用FPGA的资源，即将ZYNQ部分功能的Python化，直接调用Python库和FPGA硬件库进行功能的开发。
相对于普通的FPGA，PYNQ有什么优势呢？
1. Python用于ZYNQ开发，Python库和FPGA硬件库可以直接调用，极大加快开发进程、缩短开发周期、降低开发难度，更方便、快捷；使用 Jupyter 在线编程工具，简单易行。
2. PYNQ支持TensorFlow、opencv、BNN、keras等深度学习的库，很方便用来做神经网络加速的板卡。
和普通的FPGA相比，PYNQ更适合给没有任何电路基础的软件工程师做算法实现，通过Xilinx的HLS（高层次综合）软件，对神经网络算法进行C/C++ 的编程，通过对算法的IP封装，自动转换成HDL语言，以IP软核的形式封装在FPGA中，用户在ARM内核上通过实现Linux系统，部署非加速部分的算法环境，再调用已经封装在FPGA上的神经网络加速IP核，来达到在硬件上加速神经网络运算的过程。这是PYNQ目前最广泛的用途。
关于PYNQ的学习资料，可以参考我的这篇CSDN博客：
PYNQ视频资料介绍
里头有比较全面的PYNQ学习资源。
总结
这还是第一次跟俩零同学合作，真的很开森，很久以前就想一起合作一次了：大学生FPGA竞赛就想着来一次跨校组队，后来变成各自单挑了，最后两个人都没晋级，还蛮遗憾的。这次，两个人首次合作，花了4天写了这期文章，希望能够帮助的刚入门的朋友，同时如果文章有什么不好的地方，还希望指出，谢谢大家。
标签：系列,FPGA,1.2,呕心沥血,Xilinx,可编程,板卡 来源： https://blog.csdn.net/weixin_46423500/article/details/113694327