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FPGA的舞臺雖然華麗，但是入口門檻之高在IC行業(yè)里無出其右。全球有60多家公司先后斥資數(shù)十億美元，前赴后繼地嘗試登頂FPGA高地，其中不乏英特爾、IBM、德州儀器、摩托羅拉、飛利浦、東芝、三星這樣的行業(yè)巨鱷，但是最終登頂成功的只有位于美國硅谷的四家公司-Xilinx（賽靈思）、Altera（阿爾特拉）、Lattice（萊迪斯）、Microsemi（美高森美）。上述4家公司手握9000余項專利。其中Xilinx和Altera占據(jù)其中的6000余項。如此之多的技術(shù)專利構(gòu)成的技術(shù)壁壘當(dāng)然“高不可攀”。
要想在FPGA市場上分一口肉，首先要做的就是技術(shù)專利的公關(guān)。有了技術(shù)專利才有立足的根本。京微雅格CEO劉明博士介紹，京微雅格就是從這一步開始一步一步往下走的，10多年來，京微雅格做著最基礎(chǔ)的工作。一面攻克技術(shù)難點，一面研究專利文獻(xiàn)，規(guī)避人家已布局的專利，再把自己的技術(shù)通過申請專利明確所有權(quán)。京微雅格現(xiàn)在申請了160多項專利，布局了“山”“河”“云”“星”四個產(chǎn)品系列，正在從低端向中高端市場邁進(jìn)。京微雅格也不再低調(diào)，一年內(nèi)連續(xù)發(fā)布3款新品，繼“泰山”“衡山”“金山”之后，“華山”“黃河”等一系列產(chǎn)品密集問世。但是有一點比較遺憾的是開發(fā)速度較慢，原規(guī)劃的屬于中、高端的產(chǎn)品到上市時對比于競爭對手已經(jīng)屬于中、低端。
在2015年上海慕尼黑電子展上，京微雅格帶來了CME-M1(衡山)系列、CME-M5（金山）系列、CME-M7（華山）系列、CME-HR（黃河）系列以及Primace設(shè)計套件。除了芯片產(chǎn)品，京微雅格還帶來了汽車電子、機器人、觸摸屏控制等一系列解決方案。
京微雅格CEO劉明博士
SOC? FPGA將融合進(jìn)行到底
未來10年是FPGA融合的時代，在FPGA中會集成硬核處理器、大容量邏輯單元、精度可調(diào)DSP等，利用這種兼顧的架構(gòu)可不斷拓展應(yīng)用領(lǐng)域，覆蓋高性能計算、高性能存儲、汽車馬達(dá)控制等。FPGA正通過吞并融合的方法來拓寬應(yīng)用范圍，而京微雅格各個系列都是秉承融合的設(shè)計思路。
CME-M1(衡山)是一款集成了增強型8051處理器硬核和FPGA等資源于一體的智能型器件，能夠?qū)崿F(xiàn)完全可定制系統(tǒng)設(shè)計和IP保護(hù)能力，而且易于使用。內(nèi)嵌的優(yōu)化高速RAM使8051處理器硬核具有業(yè)界最高的速度、最高的性能，且易用易調(diào)試。設(shè)計者可以便捷地利用CME的Primace進(jìn)行FPGA設(shè)計，利用第三方EDA工具Keil TM進(jìn)行嵌入式設(shè)計。? 基于CME-M1的單芯CAP（Configurable Application Platform）比傳統(tǒng)專屬功能微控制器具有更大的靈活性、比現(xiàn)有使用軟核處理器的FPGA具有更低的成本，能夠?qū)崿F(xiàn)超越現(xiàn)有8051系統(tǒng)性能的極限，采用SRAM的0.13微米工藝?？蓮V泛的用于顯示控制、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)安全、通行接口等領(lǐng)域。
CME-M1架構(gòu)圖
CME-M5和CME-M1一樣融合了增強型8051內(nèi)核，最高可達(dá)6144個LUT。采用了全新的高性能架構(gòu)Tile，基于SRAM的65納米工藝，最高邏輯性能可達(dá)250MHz。16個18x18 DSP(MAC)可用作32個12x9 DSP(MAC)。這款芯片還有一個亮點就是“安全”，使用128位AES配置文件流加密并有基于Efuse的保護(hù)功能，SPI接口閃存訪問也可以通過密匙控制?？偟膩碚fCME-M5是CME-M1的一個升級版本。可用于消費電子、測試儀表、醫(yī)療電子、通信廣播、軍工、計算機等領(lǐng)域。
CME-M7相比于前兩款，在性能、工藝、架構(gòu)等方面都有了質(zhì)的提升。集成了主流的ARM Cortex-M3內(nèi)核和高性能FPGA。其中FPGA部分采用高達(dá)12K容量的新型LP （Logic Parcel，邏輯包）結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了FPGA與Cortex-M3內(nèi)核的通信接口，客戶可根據(jù)設(shè)計需求在FPGA上實現(xiàn)不同類型接口。同時，內(nèi)置的Cortex-M3內(nèi)核結(jié)構(gòu)基于FPGA應(yīng)用也進(jìn)行了優(yōu)化，數(shù)據(jù)與程序空間均動態(tài)可調(diào)。通過將FPGA、CPU、SRAM、ASIC、Flash以及模擬單元等功能模塊集成在單一芯片上，CME-M7不僅極大的降低了工程師的開發(fā)設(shè)計難度，有效減小了所需的板間面積還極大的降低了系統(tǒng)成本，具備超高系統(tǒng)性價比。CME-M7具備豐富的I/O資源與封裝，整合了以太網(wǎng)、USB、CAN、DMA控制器以及DDR控制器等外設(shè)，能夠滿足不同應(yīng)用場合設(shè)計需求，真正實現(xiàn)“按需定制 隨時可用”設(shè)計需求?？杀粡V范的應(yīng)用在視屏顯示、醫(yī)療設(shè)備、儀器儀表、汽車電子等領(lǐng)域。
CME-M7開發(fā)套件
CME-HR（黃河）相比于前面三款的最大特點是低功耗。采用40nm UMC低功耗工藝，待機功耗低至32uW，可配置低擺幅差分I/O，可通過關(guān)斷片上資源降低靜態(tài)功耗，通過動態(tài)時鐘切換及門控時鐘系統(tǒng)有效的降低動態(tài)功耗。最高可達(dá)15360個4輸入查找表(LUT)，128位AES配置文件密鑰及用戶自定義安全I(xiàn)D，用戶可配置IO、最多可提供80對LVDS IO，多種小封裝可選、最小支持1.5mmx1.5mm封裝。
CME-HR封裝型號
從上述產(chǎn)品我們可以看出京微雅格的特點，與美國四家公司的不同之處很是鮮明。但是不得不承認(rèn)存在的差距還是很大的。與賽靈思的Zynq-7000系列、Altera的28nm Cyclone V和Arria V產(chǎn)品、Microsemi的SmartFusion器件相比，無論是性能、工藝、架構(gòu)上都落后了不止一代。最大的優(yōu)勢也就是京微雅格常提到的“本土化”，主場作戰(zhàn)是有一定的優(yōu)勢，可是要是產(chǎn)品性能差距過大那也無優(yōu)勢可談。所以在保持鮮明特點的同時，京微雅格還必須在技術(shù)突破的路上不斷探索，不能夠落后太多，否則僅有的本土化的優(yōu)勢也不能成為長久的“保命符”。
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“地”是有了 “耕地”的工具也不能少
EDA一直是國人心中永遠(yuǎn)的痛，我國在整個電子產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)EDA設(shè)計工具的缺失讓無數(shù)電子設(shè)計的同仁們沒少抓耳撓腮。對于本土化EDA工具的呼喚之聲不絕于耳，奈何EDA的壟斷更勝其他。FPGA的開發(fā)也離不開EDA工具，是FPGA的第二生命，用戶通過它和FPGA溝通，完成電路設(shè)計，功能實現(xiàn)。
Primace是京微雅格自主研發(fā)的一款EDA設(shè)計工具，使用它可以快速、高效地進(jìn)行FPGA和CAP（可配置應(yīng)用平臺）應(yīng)用設(shè)計。圖形化用戶界面,支持Verilog和VHDL混合編程,也可與第三方工具無縫連接（Prime Time和ModelSim等） ，提供豐富的IP（基于IP Wizard），支持命令行操作界面，支持遠(yuǎn)程下載編程，比特流加密，片上調(diào)試功能。
Primace設(shè)計流程圖
京微雅格的這款EDA工具與賽靈思、Altera的功能相似性很高，沒有軟核操作系統(tǒng)等功能。在易用性、綜合效率、編譯效率等方面還有很多事情要做。
汽車電子、機器人一個不能少
在汽車電子領(lǐng)域FPGA能提供系統(tǒng)集成，減少系統(tǒng)BOM成本，彌補采用ASSP器件的不足。FPGA能提供如I/O擴展，電源管理，增加外設(shè)如CAN等，同時能提高系統(tǒng)安全性，加快產(chǎn)品到市場的時間。在工業(yè)領(lǐng)域，從音視頻成像技術(shù)到精密的馬達(dá)驅(qū)動、工廠流水線控制，通過融合FPGA、CPU、Flash、ADC、SRAM、接口IP等功能模塊與單一芯片，極大的降低開發(fā)難度，縮短產(chǎn)品面市時間。
本次展會京微雅格帶來了他們在汽車電子、機器人方面的應(yīng)用實例。下圖是本次展會的現(xiàn)場圖片。
劉明表示，目前京微雅格的最大挑戰(zhàn)是如何讓國產(chǎn)FPGA盡快地進(jìn)入市場并得以認(rèn)可，除了自身修煉內(nèi)功之外，還需要國內(nèi)市場持續(xù)關(guān)注國產(chǎn)FPGA的研發(fā)進(jìn)度，帶動整個使用國產(chǎn)FPGA的生態(tài)鏈發(fā)展。
京微雅格已經(jīng)實現(xiàn)了從技術(shù)到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變，接下來就是從產(chǎn)品到產(chǎn)業(yè)的構(gòu)建。后一步比前一步更加的艱難，也是最重要的一步，京微雅格必須建立起自己的生態(tài)系統(tǒng)，積極努力構(gòu)建產(chǎn)業(yè)的上下游，將“本土化”筑成“新的長城”這樣既可以開疆拓土，也可以抵御外敵。
未來，“產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建”才是國產(chǎn)FPGA的核心競爭力。
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