作者 Wisdom Zhang 联系电邮：wisdomz@efinixinc.com
1、多伦多大学打算机运用 在1998年代的时候，当时半导体中的FPGA公司还是有不少家的，但Altera借助自己的MAX系列，以及FLEX系列在市场上已经表现突出，那个时候的Lattice急须要自己也拥有FPGA的基因，以摆脱自己只有CPLD的困境。Xilinx公司当时已经势头很猛，基本上说到FPGA，大家都直接理解为Xilinx公司的产品。
Altera在2000年的时候，开始了一种MAX和FLEX体系相结合的产品，起了一个名字叫APEX，而且他们克意改造，软件也开始不再知足于那种单个用户的利用。开拓了新的软件名字便是Quartus，而且里面有个按钮，可以表现的和以前Max+plus-II一样的界面来媚谄老的用户。但是这个APEX构造的可编程器件在编译过程中，不能很好的完成布局布线，只管表面上看来非常前辈的芯片，竟然不能发挥性能，Altera努力了很永劫光也没有改进。后来，一位FPGA的大牛帮他办理了问题，他便是加拿大多伦多大学的Jonathan Rose，这位先生长西席一贯致力于FPGA构造的设计和软件布局布线方面的研究，Altera以为可以让Rose教授的团队来试一试。于是Jonathan开了一家专门设计FPGA构造的EDA公司，这家公司后来被Altera收购了，此后，Altera公司的FPGA构造设计以及软件都为虎傅翼，竟然反超Xilinx，成为业内俊彦。有关Jonathan师长西席的信息可以参考网页链接 Jonathan有带了不少学生，这些学生不少都是FPGA行业中很主要的学说创立和遂行者，网站上也罗列了他的学生以及现在的一些造诣。网页链接 在FPGA行业中最有影响力的学生之一 Vaughn Betz 他在FPGA行业中最有影响力的学生之一，他的自我介绍中有一段辉煌的经历The VPR toolset and methodology developed by Dr. Betz have become the standard for FPGA architecture research and the comparison point for CAD optimization quality, and have been used by over 180 companies and 1100 universities. Dr. Betz co-founded Right Track CAD to commercialize his research in 1998 and over the next two years helped grow the company to 10 engineers and several million dollars in yearly revenue. In 2000, Right Track CAD was acquired by one of its customers, Altera Corporation (a fortune 500 semiconductor company). Dr. Betz held several leadership positions within Altera over the next 11 years, 还有一位是Altera公司的大学教诲操持的推动者，Steven Brown网页链接还有一位是Tony Ngai，是EFINIX的魏启杰，EFINIX公司的CTO现在FPGA的构造设计以及布局布线软件的研发前沿也基本上连续在多伦多大学不断提高，成为这个行业最主要的理论实践的推动源头。曾经有人统计过，在2008年以前至少有48家公司先后涉及可编程器件行业，但是大部分都折戟沉沙，杳无踪影。
图片来源：网页链接 is not Enough--John Daane，CEO，Altera 大量公司杀入进去末了铩羽而归，其背后的含义是说实在只有芯片是不敷够的，你必须还要有很好的逻辑开拓软件，而且这个开拓软件则要覆盖EDA软件的很多方面，开拓本钱和试错本钱都非常高，而且全体行业竞争迭代很快，不仅仅在工艺上有进步，在构造设计上，benchmark的选择上，IP的集成方面，可以说基本上每个环节方面都不能犯错。但开拓一个全新的产品基本上都要3年的开拓周期，加上要不断掩护升级繁芜的开拓工具。总而言之，活下来的一定是凤凰了。
但2008年往后，还是有几家公司进入这个行业，比较著名的有Tabula，SiliconBlue，Tabula在烧光了10亿美元之巨后消逝了，SiliconBlue也被Lattice收购，以是你想进入这个行业，而且活下来，至少你要敢于寻衅现有的环境，并且确实有自己的创新之处。同时行业的很多既有成果和习气也要考量，尽可能利用已有的资源，而不是重复造轮子，在这样的背景下，EFINIX公司来了，它有什么独特的地方呢？
2、EFINIX公司的独门绝技 EFINIX公司的CEO张少逸从前从喷鼻香港去往美国留学，是Altera的高端FPGA的Stratix产品总监，期间和魏启杰师长西席一起卖力过Hardcopy的研发工程事情。他们后来一起创立了EFINIX公司，同时请来了曾经参与Maxplus-II的研发事情的Jay来助阵。
在2015年就在中国开始他们的芯片制造操持，与SMIC中芯国际互助，在上海封装，全部家当链扎根中国。EFINIX喷鼻香港公司作为运营主体，以马来西亚槟城作为紧张研发基地，在喷鼻香港也建立软件和技能工程资源。吸引中国成本。有多家著名VC投资。魏启杰师长西席作为CTO，从前只管有非常多的想法，但是这些想法必须经由永劫光的建模测试和测试芯片的验证开拓。历经6年，冲破行业固有思维，首创和验证了全新的一种FPGA的创新架构。
FPGA业内的神话 常日在一个发展相对韶光良久的行业，不太随意马虎有创新的东西，由于有不少专利壁垒，同时人们没有太多资源去验证这种创新是否有效，在加上可能很多创新都要摈弃过去一些已经取得的成绩，EFINIX作为一家新公司，他可能没有这方面太多的包袱。
他们相信，没有创新，难以生存
现在的FPGA基本上都是孤岛型的构造体系，乃至很多芯片采取LUT6的构造，将4个，9个，或者更多个这样的巨型查找表集成在一个小区间内，希望这些同样功能的LUT6放在一起，可以快速办理一些8bit，9bit的寄存器组或者是计数器，移位计数器等。因此随着芯片的规模不断上升，逻辑资源组之间的连线资源也快速上升，有时可以想象买来的可编程芯片上可能路由的资源超过了实际有效的逻辑资源。我们用一个城市来做个形象的比喻。
随着城市的扩大，就必须建立更宽的道路，道路间要建立不少更大的交叉立交，而且这些立交的层次都可能很繁芜，还须要更多的交通灯，以及匝道来汇聚和分开车流。这些实际上和一块FPGA的构造非常类似，这些你可以自然遐想到，芯片规模越大，就只有两个办法来完成逻辑之间的互联互通。要不便是把走线的资源增加很多层，要不便是把芯片做到更大的面积来增加布线。乃至两个方面都要加强。
这些做法直接导致了芯片更大的功耗以及更大的晶片面积。通过不断剖析和仿照各种设计在以前这种构造的FPGA上的适配，创造有部分区域逻辑资源花费多，有些区域的连线花费多，这样纵然有其他地方有空余布线资源，但是也不能带来很好的折中统一。导致芯片在越高的利用率情形下，时序条件越难符合预期目标。要不便是选择一个更大容量的芯片来缓解这种情形。
很多设计者采取比估量须要资源大30%的FPGA来进行设计。这都是本钱，这都是功耗，这些也都是时延。
为了缓解这种抵牾，Tony想到一个好的办法，概括起来有以下两个原则。
首先采取更加小的细粒度构造，去掉太多逻辑组和逻辑组之间接入和扇出的连接开销，让逻辑和逻辑之间的连线显著缩短，纵然增加了一些跳线，但是整体时延时和过去的构造相称，未来更好适应这种想法，接着又将逻辑资源和布线资源可以进行相互的转化，使得干系逻辑尽可能聚合在一起，提高时序相应，这样我们可以想象成编译软件就如同一家培植公司，须要路的地方，可以拆迁房屋，把道路扩宽，有些地方，可以将道路修成屋子。这样两种办法的结合，终极可以使得 EFINIX的Trion系列FPGA只是须要7层金属走线层，而传统FPGA构造须要12-14层以上。同时，由于采取细粒度构造，肃清了很多不必要的走线接入和扇出开销，使得芯片在同等规模下，比传统构造有1/3到1/2的面积缩小上风。终极EFINIX的Trion系列FPGA不仅具有很小的功耗，同时兼具更小的封装。转而也极具本钱上风。同时又采取了SMIC公司的40nm低功耗制程。使得T8可以支持8K逻辑容量的FPGA具有30mW，T120可以容纳115K逻辑容量的FPGA的范例运用功耗只有1.3W。这便是公司在FPGA领域中最大的创新。由于不采取这种创新，难以撼动业内巨子的行业地位，也很难脱颖而出得到竞争上风。为了取得更低的功耗，同时聚焦视频和相机市场，FPGA中集成了MIPI的硬核接口，DDR3掌握器也采取硬核。这种设计方法进一步缩小芯片尺寸，并且进一步降落功耗。EFINIX不仅在逻辑器件的架构设计方面具有前瞻性，Tony在FPGA的路由算法布局方面可以和自己设计的构造进行更好的领悟，从而完成效能的统一需求。说到可编程器件的CAD工具，大家都知道Foundation，ISE，Quartus-II，EFINIX自主完成了全体EDA软件设计工具。Jay在EDA领域多年履历积累，深刻体会到在不断推出新器件的时候能够快速迭代以及尽快缩短上市韶光对公司本身以及客户都至关主要。EFINIX的设计软体名字叫Efinity，软件的Logo非常具有东方文化特色的二龙戏珠，寓意FPGA的公司不仅要有强大的硬体架构，同时软件也是主要的立基之本。Efinity软体中的P&R算法依据自己的产品架构设计，与很多软件不同的是由于构造的分外性，软件支持Hybird的P&R的算法。采取这种改造的架构以及自己本身具有的逻辑布局和逻辑路由可以互换的特点，EFINIX公司成功地冲破了以往FPGA构造设计的神话，采取比竞争对手近乎一半的面积上风就可以设计同等容量的FPGA产品。而且这种构造的好处也对新产品的推出可以有效缩短开拓韶光。在一年的韶光里，用对手不到1/10的人力资源就完成了第一代Trion产品的开拓。
EFINIX给这种创新的构造授予一个有遐想的名字－－Quantum，犹如量子技能的神奇寓意。我们对由此带来的变革有如下总结：同等工艺条件下，面积缩小2倍或以上功耗减少一半芯片采取了7层金属工艺可以采取无需任何定制的通用硅制程具有和相同工艺条件下的FPGA同等的逻辑速率性能可以采取Hybird的布局布线
现在的FPGA运用端，大家都期望做到大的逻辑容量，但是面积要小，不能捐躯性能，同时功耗要极具竞争。作为初创公司，利用者总是有质量方面的担忧，但是这些产品的可靠性和同等性，终极须要具有完善设计流程的有履历的团队来担保。而且软件的研发须要足够的韶光测试。EFINIX公司在过去的6年里投入非常多的韶光验证后，才能在短短的一年韶光内推出完全的Trion系列。均匀分布的布线资源每每难以知足实际设计的局部布线哀求
•闲置资源 (绿色区域)无法移动，只能被摧残浪费蹂躏•增加整体布线资源可以缓解局部堵塞，但却造成其它区域更大的摧残浪费蹂躏
3、产品的比拟“是骡子是马，拉出来溜溜”这个产品到底咋么样，须要比拟比拟，目前开拓产品，不仅要看当下的产品是否符合市场需求，同时外衍的产品也要具有快速的开拓能力，业界都有采取平台式开拓的方法。EFINIX公司利用统一的架构，可以快速在软件层面进行产品的预研，由于采取了逻辑可以转化路由的分外构造，可以很好填补芯片在规模增大，但是路由资源方案不敷的不可逆转的开拓困境。在没有开拓好产品之前，基本就可以预测产品的性能以及对Benchmark用例的测试。在过去的FPGA公司的产品开拓中，40nm工艺的产品基本上到100K逻辑资源就很难连续沿用同样的工艺。但是由于Trion系列在晶片尺寸具有竞争力的上风下，EFINIX依旧可以在40nm的成熟工艺上，开拓165K，200K的逻辑资源的器件。
现在的开拓手段，必须具有较好的性能预判能力，精良的设计团队总是充分利用公司的CAD进行下一代FPGA的工艺演进和当前竞争对手以及自身的产品进行性能和功耗的预估。以取得最好的产品投资效益比。我们显示了开拓中用到的一部分Benchmark设计，对标竞争对手的产品，有下列性能以及利用率的比较。下图是比拟，可以看到在硅工艺、相同性能、Hybird P&R平台等上风明显。
Interface Designer 的接口精灵
作为FPGA领域的后来者，只管FPGA是可以编程的芯片，但是聚焦市场，具有更高的性价比，才可能在新的设计中，与竞争对手的同类产品价格上拉开间隔。EFINIX的Trion系列FPGA针对目标市场，将常用功能进行硬核化IP设计的方法，一方面有效降落芯片的尺寸，一方面可以降落功耗。同时采取了相对精简的功能在IO的支持上，有效降落IO的片上面积，可以在较小的芯片上集成数量更多的IO。
例如是第一个将MIPI CSI－2掌握器硬核化，在40nm的低本钱FPGA上可以供应MIPI接口的集成，而且开拓者只须要配置自己须要的协议参数，就可以很好的和大部分盛行的图像Sensor进行对接，由于现在AI SoC的发展非常迅速，AI－SoC的图像Sensor接口也以MIPI接入为主，多sensor的运用只管在手机上已经得到遍及，在嵌入式，AI运用上也涌现更多的Sensor接入，因此Trion系列的FPGA可以支持2个到3个MIPI的接入，同时汇流或者交叉到AI SoC的MIPI接口，可以起到扩展MIPI或者交叉MIPI的能力。
还有一个很好且很通用的例子，不同的芯片规模集成了不同位宽的DDR3硬核掌握器，不仅功耗降落，也支持不同带宽的FPGA须要。
Trion系列针对FPGA的LVDS运用，另辟路子，业内的通用做法是每个IO都尽可能支持LVDS，看起来灵巧的配置，但是IO在晶片上所占用的面积过大，导致不能有效增加IO，功耗也是一个寻衅。Trion系列的LVDS开始就进行预先定义了固定的输入输出方向。确保最小的IO面积，可以降落功耗，而在LVDS的支持数量上也聚焦Sensor的运用，以13对LVDS的Rx为根本考量，确保多数图像运用不仅可以采取LVDS的接入，也可以采取MIPI的接入，真正做到一个sensor manager的功能设计。
以上的设计更新，和实际的HDL设计只是旗子暗记流的对接，并不涉及HDL的设计方法，同时为了迎合SoC的设计方法学，将数字逻辑核心和外设接口部分进行隔离抽象，分别隔发，EFINIX的Efinity软件采取了业内独特的接口设计精灵。将所有的硬核化的IP都统一放在Interface Designer的设计界面，而专注于逻辑设计的数字核心属于核心逻辑设计，这样的设计模块隔离抽象，可以极大降落平台开拓事情量，FPGA的产品如果按照FPGA的逻辑容量以及IO接口两个成分来进行分类，那么，可以认为FPGA的一个系列产品便是不同器件逻辑容量和不同接口种类数量上两个组合设计，而Interface designer的设计分离，可以让这两个成分进行快速组合匹配。由于同样密度的FPGA产品可能有不同的外设，利用者可以看到Interface designer中自动显示可以增援的硬核IP的支持。
这样做的其余一个好处，当有大型客户采取SiP或者eFPGA的项目时，可以只是改动Interface designer就可以完成定制eFPGA软件的开拓。现在interface designer接口精灵中会根据不同器件以及同样器件的不同封装有下面的支持 EFINIX在2019年的11月推出40nm功耗极具竞争力的产品T120，这款产品显示了EFINIX作为业内新秀，展示了可以推出大于100KLE的产品，同时可以将利用率提高到靠近100%，而且将功耗限定在1.2W到1.5W之间。比相称于同级别工艺的竞争对手功耗低一半，乃至是竞争对手的1/3。封装更是12x12mm的FBGA，产品在体积受限，功耗受限的运用中大受青睐。
4: 中国市场打破 中国无疑已经成为天下FPGA开拓者最多，也是FPGA运用最大的单一市场，中国的运用市场机会已经占到FPGA的环球市场的40%以上。如何作为一个后来者要想在中国市场取得一席之地，必须要有适宜中国市场和运用者的产品和技能资源。
EFINIX深知韶光便是生命，效率便是金钱的中国市场原则，不能快速开拓以及快速支持客户，将没有办法生存。除了具有冲破神话的创新，在消费者利用者心中，快速建立产品和企业形象最适宜的原则中国市场，唯快不破 EFINIX在过去的12个月里，依赖35个人的团队，成功推出8款产品，从4K逻辑密度3x3mm 的产品扩展到120K的FBGA576的16x16mm的大容量产品。而且编译综合，布局布线软件基于自主开拓。真正表示了最快的交付速率。而且在接下来的韶光，即将有更大规模的165K和200K的产品面世。为本日的须要边缘AI的运用供应办理方案。
目标市场
同时，面对快速变革的中国市场，以及多家FPGA公司的充分竞争，目前EFINIX针对特定市场，合营软件的IP，聚焦运用，已经在如下的市场中得到客户的认可。工业相机市场分外相机运用HDRVR 眼镜电容笔工业PLC工业伺服掌握工业激光掌握显示拼接控
5、RISCV的应
RISCV是最近环球嵌入式运用的大热门话题，由于其具有的开源性以及构造大略，能效比精良，短短两年，在中国市场已经涌现了多家公司推出RISCV体系的MCU，给ARM体系为主的固有MCU市场带来了新的寻衅。而且RISCV也可以快速搭配多种外设资源，是AIoT的运用中非常好的选择。很好填补了碎片化运用市场的需求。
由于FPGA极具灵巧性的特点，在过去的FPGA领域的行业先导中都有自己的软核CPU的工具，例如Altera公司的NiosII，以及Xilinx公司的MicroBlazer，个中设计界面和理念各有千秋，给后来的FPGA公司带来极大的寻衅，由于设计中有须要软核的设计非常多。后来者的CPU软核必须要具有不仅利用随意马虎，快速上手，而且性能可以有效竞争，这样的的选择实在并不多。
RISCV的涌现极大方便了在FPGA中软核的需求，这里面临的一个主要问题，RISCV只管是一套体系，但是每一个RISCV供应的IP并不是都适宜在FPGA中运用，例如海内的很多IP供应商，供应的RISCV在FPGA上可能要花费30K－75KLEs的不等的资源。如何推出RISCV体系的在FPGA中具有相对合理资源，性能上又比NiosII等传统软核CPU强劲，工具链更靠近ARM体系的开拓方法。而且支持的外设以及RISCV实行的空间既可以在FPGA的块RAM中运行短小精悍的程序，又能在DDR中运行大型的FreeRTOS，这又涉及到bootloader的有效设计。EFINIX推出多个RISCV的IP，可以兼顾在不同FPGA规模中软核的运用，现在已经可以在全系列Trion中嵌入RISCV，小到T4，大到T120，也可以支持多个软核的内嵌设计。在DDR3的16bit，32bit设计中，都已经成功完成了RISCV的接口设计，不仅可以让RISCV可以在DDR3中运行，同时部分版本可以支持D-Cache以及I-Cache，使得对付哀求性能较高的运用处所也能覆盖需求。而逻辑资源的花费掌握在9KLEs，达到了很好的系统集成。参考文献：
Vaughn师长西席的先容：网页链接 Rose先容：网页链接 Brown先容：网页链接
这里还有作者的视频演讲，有兴趣的可以看看
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