預(yù)測(cè)：開源FPGAEDA工具將統(tǒng)治世界嗎？這里列出了兩種不同的觀點(diǎn)供大家參考，對(duì)于這個(gè)問題，相信每個(gè)人都會(huì)有自己的看法。觀點(diǎn)一：開源FPGA EDA工具必將統(tǒng)治世界 IceStorm以及SymbiFlow(IS/SF)將會(huì)給數(shù)字電路設(shè)計(jì)帶來革命性的變化，就像GCC革了系統(tǒng)軟件的命一樣。由此帶來的結(jié)果是 1．FPGA的應(yīng)用將會(huì)爆炸性增長(zhǎng) 2．開源EDA工具將最終取代廠商專有的EDA工具。

開源編譯器項(xiàng)目GCC

還記得1980年代末期，GNU的情況一個(gè)完全由極客支撐的項(xiàng)目，沒有任何商業(yè)成分。所有的工作站供應(yīng)商都知道GNU不成熟，均在投資為付費(fèi)客戶開發(fā)自己的編譯器（例如SunCompiler,HPCompiler,DECCompiler,IBMCompiler…）。雖然GCC（GNUCompilerCollection，GNU編譯器套件）只是一個(gè)純靠興趣支撐的項(xiàng)目(hobbystuff)，支持的平臺(tái)和集成度也并不完善，但那無傷大雅，因?yàn)槊總€(gè)用戶(Everyone)都可以是項(xiàng)目的貢獻(xiàn)者,足夠多的用戶一邊使用，一邊對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，并將其傳遍了世界各地，最終，直接使用GCC編譯器的Linux出現(xiàn)了。以上就是GCC的發(fā)展史。

SymbiFlow-the GCC of FPGAs項(xiàng)目介紹

對(duì)于FPGA來說，開源FPGAEDA工具和GCC的情況類似，雖然目前還停留在興趣項(xiàng)目層面，但其進(jìn)化速度相當(dāng)之快。畢竟，它們是開源的，并且非常易懂，開發(fā)者很容易在使用過程中變成貢獻(xiàn)者,從而協(xié)助對(duì)其進(jìn)行建議和改進(jìn)。綜合、布局、布線等問題本身具備的復(fù)雜程度，恰又像黑夜里的一盞盞燈火，吸引著無數(shù)聰明的學(xué)者像飛蛾一樣聚集上前來展開研究。更加值得鼓舞的是，開源FPGA EDA項(xiàng)目IceStorm(SymbiFlow)已經(jīng)比商業(yè)EDA工具的運(yùn)行速度高了一個(gè)數(shù)量級(jí)（有機(jī)會(huì)我們將開專題介紹），因?yàn)槲覐奈丛谏虡I(yè)EDA工具上在15秒內(nèi)將設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)在FPGA上過（誠(chéng)然，這只是一個(gè)很小的設(shè)計(jì)，和那些在UltraScale器件上所進(jìn)行的復(fù)雜設(shè)計(jì)無法相比）。目前，該項(xiàng)目已經(jīng)雄心勃勃地向著Xilinx7系列進(jìn)發(fā)了。

各領(lǐng)域開源工具/標(biāo)準(zhǔn)一覽

觀點(diǎn)二：開源FPGA EDA工具無法統(tǒng)治世界

很早以前，開源FPGAEDA工具將推翻現(xiàn)有商業(yè)FPGAEDA工具“王權(quán)”的說法就已在業(yè)界廣為流傳。這些說法有一個(gè)共同的特點(diǎn)：將FPGAEDA軟件和普通軟件進(jìn)行了類比，并提到IceStorm項(xiàng)目（針對(duì)Lattice的iCE系列產(chǎn)品的逆向工程，Storm有“攻占”之意，意味深長(zhǎng)）和CliffordWolf(開源FPGAEDA教父，宏大的開源FPGAEDA項(xiàng)目SymbiFlow的發(fā)起者之一)。

該觀點(diǎn)的判斷：開源FPGAEDA將在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，無法挑戰(zhàn)現(xiàn)有的FPGAEDA世界秩序。除非以下兩種情況的任何一種情況發(fā)生：

1.Intel或者Xilinx直接支持某一開源FPGAEDA項(xiàng)目。

2.所有主流的Intel/XilinxFPGA器件被某一開源FPGAEDA項(xiàng)目通過逆向工程全部分析清楚。

下面就上述兩種情況簡(jiǎn)單聊一下：

1.來自主流FPGA廠商的官方支持

如果你對(duì)大型開源工程(比如LLVM或者Linux)比較熟悉，你會(huì)發(fā)現(xiàn)其主要的開發(fā)者基本都是Intel、Apple、Google等公司所雇傭的全職人員（他們很專業(yè)，而且可以全身心投入），而不是一撮對(duì)技術(shù)極度狂熱的，靠愛好和情懷聚集在一起的兼職人員。

那么Google或者Apple做這些開源項(xiàng)目的初衷是什么呢？這些項(xiàng)目和公司的主營(yíng)業(yè)務(wù)無關(guān)，Apple想做開源編譯器，但是做編譯器并不能提高iPhone的銷售收入。

但在FPGAEDA領(lǐng)域，情況并非如此。Intel和Xilinx很早就意識(shí)到，做出一款FPGA芯片并不難，難的是開發(fā)一款優(yōu)秀的FPGAEDA工具，從而形成FPGA整體解決方案。FPGA產(chǎn)業(yè)的歷史中，已經(jīng)有無數(shù)的FPGA創(chuàng)業(yè)公司因?yàn)闆]有意識(shí)到這一點(diǎn)，而被無情的掃進(jìn)了歷史的垃圾堆，盡管這些公司有著十分先進(jìn)的芯片設(shè)計(jì)理念?？纯碩abula吧，并不是這個(gè)公司的硬件不行，而是你根本沒法用他們的軟件進(jìn)行編程啊。因此EDA工具是一個(gè)公司進(jìn)入FPGA領(lǐng)域的最大障礙之一，并且扮演了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵角色(differentiator),因?yàn)橛脩粢坏┻x用了一家EDA，便會(huì)對(duì)這個(gè)生態(tài)產(chǎn)生依賴（移植涉及工作量以及不確定性）。普通編譯器和軟件工具的關(guān)系則并非如此。

請(qǐng)注意Intel是怎樣的確保留了非開源的編譯器-icc和ifort的-這些工具經(jīng)過了無數(shù)的優(yōu)化，因?yàn)樗麄兪荌ntel商業(yè)邏輯中關(guān)鍵的一環(huán)。而開源FPGAEDA工具并非Intel和Xilinx的長(zhǎng)期商業(yè)利益所在。

2.逆向工程

按照上面的邏輯，既然開源EDA工具無法得到Intel和Xilinx的支持，那么就剩下逆向工程一條路可走了。我知道CliffordWolf教授在這方面作出了大量艱苦且聰明的工作，而且取得了一定程度上的成功，比如完全逆向了Lattice的iCE40器件。并不是我不尊重教授所做出的貢獻(xiàn)，但iCE40并不是什么復(fù)雜器件，iCE40和Stratix10之間的復(fù)雜度區(qū)別可能和Cessna172和Boeing787之間的差距差不多…

iCE40和Stratix10的復(fù)雜度差距可能和設(shè)計(jì)這兩架飛機(jī)差不多 即使我們忽略復(fù)雜度的差別，仍然有2個(gè)基本無法克服的重要問題： 1）配置。一款現(xiàn)代FPGA,比如Stratix10的配置位并不僅僅是一系列簡(jiǎn)單的shift-registerCRAM，碼流bitstream也不僅僅是一系列的LUT掩碼和布線通路MUX配置碼組成，而是一系列針對(duì)安全器件管理器(SecureDeviceManager)的命令流(CommandStream)，這只是冰山一角。在不知道其內(nèi)部任何細(xì)節(jié)的情況下去逆向仿制，無異于在沒有任何操作說明的情況下，蒙上眼睛去組裝一架現(xiàn)代飛機(jī)。在這個(gè)過程中，還不能出一點(diǎn)差錯(cuò)，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)問題，你連為啥都不知道。

2）時(shí)序。任何聰明的布局布線算法在沒有精確的時(shí)序模型(TimingModel)支持下，都不值一提。而時(shí)序模型是由物理實(shí)現(xiàn)(對(duì)FPGA公司來說，這是高度機(jī)密super-secret)以及工藝數(shù)據(jù)(超高度機(jī)密ultra-super-secret)決定的。對(duì)于以上內(nèi)容，是完全無法通過逆向工程推出的。即使你通過足夠保守的Fmax來從理論上解決建立時(shí)間的問題，也無法通過同樣的方法解決保持時(shí)間以及其他時(shí)序約束問題。最好的情況是你的器件根本無法工作，最壞的情況則是無法診斷的功能錯(cuò)誤間歇性出現(xiàn)（保持時(shí)間不滿足導(dǎo)致偶然性亞穩(wěn)態(tài)）。當(dāng)工藝節(jié)點(diǎn)越來越小時(shí)，保持時(shí)間的變化趨勢(shì)看上去會(huì)越來越差。

綜上，開源EDA并不是行業(yè)的未來，我相信現(xiàn)有的開源EDA會(huì)持續(xù)改進(jìn)，但其存在無法逾越的障礙，沒有FPGA廠商的支持，開源EDA將永遠(yuǎn)無法追上現(xiàn)代FPGA發(fā)展的腳步。

總結(jié)

就筆者的看法，以上兩種觀點(diǎn)雖然看似大相徑庭，但有一個(gè)共同觀點(diǎn)，那就是開源FPGA EDA工具要走的路，還有很長(zhǎng)，網(wǎng)上的討論也精彩紛呈，但就像一家甜品店的不同風(fēng)味的點(diǎn)心，如果點(diǎn)心的配方都一樣了，對(duì)客戶來說是最好的事么（客觀來說，確實(shí)提高了甜品店的產(chǎn)出效率）？各位又對(duì)此有怎樣的看法呢？

審核編輯 ：李倩