👊 🤯 🈚️ FPGA上的ASIC原型 🎏 🔤 📹

芯片开发是复杂，昂贵和费时的。而且任何错误的代价都很高。用补丁和更新程序制作水晶后，无法修复任何内容。因此，在开发阶段对设计方案的验证特别细致。对于每个功能块，都以所有运行和非运行模式编写块测试。在将该模块集成到通用电路中之后，将对该模块作为系统一部分的工作方式进行系统测试。在回归测试中，所有测试都在不断旋转。甚至有非正式的迹象表明测试水平或多或少都可以接受-当测试代码的数量是被测试单元的代码数量的10倍时。但是所有这些测试都没有给人以电路是可行的感觉，因为任何模拟都是电路在最长数百毫秒内的行为。但是在生命中，电路应该工作数十万小时。我曾经寻找过每1 GB的传输信息丢失1或2个字节并且没有功能测试发现此问题的故障。而且此错误仅在未来芯片的FPGA原型上得到体现。本文将讲述关于我们做了什么原型以及世界上正在发生什么。

在FPGA上对未来芯片进行原型设计是测试电路如何在不太实时的情况下完成实际任务的唯一方法。该原型使您可以调试软件，获得初始性能特征等等。现代FPGA具有足够的资源来完成这些任务。例如，您自己可以用300美元在配备FPGA的主板上实现配备Intel 8086处理器的成熟计算机。

2004年

不幸的是，我们无法在带骨架的橱柜中找到第一个原型，但这是一条基于Xilinx Spartan3-400（XC3S400）的小围巾。400表示开发人员可用来创建其回路的数千个阀门当量。手帕的价格约为50美元，可以在其中实现一个具有所有内存且频率为40 MHz的简单8位微控制器。原型设计包括以下事实：开发的微控制器上的LED闪烁。

2005年

原型专用板的开发不是作为实验，而是作为项目有意义的阶段。已经应用了FPGA Xilinx Spartan3-1000。那些。我们已经有100万个阀可用，设计的微控制器以其最大频率48 MHz工作。正是在该板上，我捕获了每千兆字节2个丢失的字节。该板的价格约为200美元。

2007年

对于新的32位微控制器，很明显一百万个阀门可能还不够。因此，开发了基于Xilinx Spartan3-5000的新主板，从而使500万门可用。该板的价格约为500美元，并在很长一段时间内成为了开发新产品原型的主要板。在此基础上，不仅测试了微控制器，还测试了各种专用微电路。在FPGA中设计的微控制器已经以20 MHz的降低频率工作，尽管后来在硅片中它以100 MHz甚至150 MHz的频率工作。

32位微控制器

的原型：视频卡的原型（不幸的是，该项目并未上线，但已完成的RTL正在等待中）：

集成收发器的4路以太网交换机的原型：

2010年

在开发双核微控制器（32位RISC + 16位DSP内核）时，我们终于达到了500万的水平。但是，未来微电路的各种截断配置在FPGA中的实现使得测试其操作成为可能。例如，他们出售了两个内核（RISC + DSP）和一组截短的外设，或者一个内核（RISC），但整个外围。

2012年

新项目需要一块新的电路板，因为新的32位DSP内核所需的内部存储器容量已经超过了最大的Spartan FPGA的可用容量。我不得不改用更昂贵，更复杂的FPGA。项目时间有限，因此决定寻找现成的解决方案。当时INREVIUM是板上最大的选择，当时是FPGA Xilinx Virtex-6 XC6VLX760。

而且，尽管等效门的数量已增加到仅800万，但是内置块存储器的数量已从2 Mbit增加到25 Mbit。
该选择还很可能确定了这笔费用的费用已保存在位于Google缓存中的德国代表处的网站上，而且我们知道在签署任何NDA之前，费用为1.8万美元。而且仅用一块FPGA芯片就花费了1.5万美元，这消除了有关开发自己的电路板的任何问题。用于此类大型FPGA的串行板的价格通常与FPGA本身相同，或者价格稍高一些。
购买该板还带来了很多有趣的知识，例如，我们当地的分销商坚信，该板的成本包括运输费用为4万美元，并且通常来说，我们承担100％的预付款会带来很大的风险。最终，这些板中的3个是在没有中介的情况下购买的，现在它们已用于我们DSP处理器的原型。

2013年

对于新的32位专用微控制器，决定尝试制作自己的电路板。首先，FPGA上的模块开发人员应该开发，不要害怕使用比自己的汽车更昂贵的微电路；其次，其中一个分销商有几只Virtex-6 XC6VLX550T的库存，他以很大的折扣为它们提供。 FPGA LX550T比LX760小了一个步骤（阀门减少了约30％），但考虑到开发情况，电路板的最终价格仅为8,000美元左右。组装了6块板。我们不打算将它们分发给客户，而是组织开发人员通过Internet访问它们。董事会已实施了许多有趣的解决方案。例如，将固件文件像在MassStorage Device上一样加载到板上，插入特殊的SD卡中，然后再从固件中加载到FPGA中。总共，该卡最多可以具有10种不同的固件，并且通过特殊的管理程序，您可以选择当前使用的固件。还实施了“免于傻瓜”的各种保护措施，以免意外烧掉昂贵的芯片。所有这些使您可以安全，安全地远程使用这些板，甚至可以信任学生。 FPGA中设计的MK的工作频率为40 MHz。

板子本身（专用的双核32位微控制器的

原型）：用于角度到代码转换传感器的专用芯片的原型：

不幸的是，该板有几个缺点：选择了错误的连接器来连接其他模块，但这是麻烦的一半，我们忘了修复在连接器附近的孔中，而模块实际上仅固定在连接器中。为了访问主板上的某些控件，您必须找出扩展模块。

国内经验

但是其他定制芯片开发商呢？例如，MCST在对VLSI 1891VM6Ya（R-1000，具有64位SPARC v.9架构的四核处理器）进行原型设计时，使用了带有10个FPGA Altera Stratix II的专用板（4 x EP2S180 + 5 x EP2S130 + 1 x EP2S90）。该系统逻辑门的总容量估计为2000万，

现在一颗EP2S180芯片的成本约为8000 美元。因此，原型中仅FPGA芯片的成本就超过5万美元。
为了制作Elbrus-4C +处理器的原型，已经需要21个Altera Stratix IV EP4SE820微电路，其总体积为1亿个阀（尽管MCST本身引用了7.5亿个阀），成本约为20万美元。同时，原型的工作频率为9 MHz。

国外经验

现在，专门开发微电子CAD工具的公司提供了FPGA原型的专用解决方案，尽管其他公司也可以找到适合原型的模块。英特尔和IBM有FPGA原型，但是它们的特性并未公布，只有在原型已经过时的情况下才广为人知。

Cadence提供了一个基于Altera Stratix-4 EP4SE820 FPGA的特殊快速原型开发平台。在最小配置下，该平台由两个（总容量为1000万个阀）组成，最多有六个FPGA（最大容量为3000万个阀）。今天一块EP4SE820芯片的价格约为$ 10,000。

Cadence的新系统称为Protium，它基于Xilinx Virtex-7 XC7V2000T，可以实现从两个FPGA中的2500万个到八个中的1亿个阀门的实现。一块XC7V2000T芯片的成本现在约为2万美元。那些。配备齐全的Protium至少要花费16万美元。

除开发工具外，Aldec还提供了一个用于HES-7的FPGA原型开发平台。

一块板上最多可以安装六个Xilinx Virtex-7 XC7V2000T或UltraSacle XCVU440。在基于FPGA UltraSacle XCVU440的模块上实现门的总数达到1.58亿，使用一块附加板，您可以将24个FPGA芯片组装到一个模块中，获得6.33亿门。一块XCVU440芯片的成本现在为4.9万美元。所有FPGA的最大总成本超过100万美元。

Synopsys可能在开发FPGA原型开发平台方面拥有最丰富的经验。他们的早期模型基于FPGA Virtex-6（HAPS-60），然后基于Virtex-7（HAPS-70）。他们在一个模块中的最新开发HAPS-80包含一到四个Xilinx UltraScale XCVU440 FPGA。

现成的模块可以组合到一个机架中。在这种情况下，阀门的总容量达到了创纪录的16亿个阀门。
当使用一个FPGA时，最大频率高达300 MHz，当在一个模块中使用相邻模块时，最大频率为100 MHz，当使用多个模块时，频率降低到30 MHz。

因此，购买FPGA大约需要350万美元，您就可以组装一个适用于原型英特尔至强E7的平台。好吧，或者等20年，到那时这种数量的FPGA的价格将下降到几百美元。

FPGA上的ASIC原型