谈谈如何利用FPGA开发板进行ASIC原型开发

ASIC设计在尺寸和复杂性上不断增加，现代FPGA的容量和性能的新进展意味着这些设计中的2/3能够使用单个FPGA进行建模。然而，这些设计中仍然保留有1/3(那就是说，所有ASIC设计中的1/9)要求一个基于多个FPGA的原型开发板。

在不太遥远的过去，对ASIC设计团队而言，在这类情况下主要的解决方案就是在内部建立他们自己的定制多个FPGA的原型开发板。然而，今天，使用现成的多个FPGA原型开发板——例如，由Synplicity公司的原型开发伙伴生产的开发板——与合适的设计工具相结合能够节省数周时间，否则的话将花费几个月的验证时间以及在NRE费用上花费数万美元。

本文首先讨论了ASIC验证能够采用的主要技术。接着，文章考虑了与使用一个现成的产品相比，建立一个定制的多个FPGA的原型开发板的优势和缺陷。最后，论文介绍了目前最先进的用于验证大型设计的分割和综合设计工具，其采用内部开发或现成的多个FPGA的原型开发板。

可供选择的验证技术

今天高端ASIC，例如那些在手机、通讯、图形子系统以及信号处理应用中使用的，经常包含多个CPU和DSP内核，其结合了硬件加速、外围设备、接口和存储器管理内核。(由于这些讨论的目的，术语ASIC被假设包括了ASSP和SoC器件。)所以，为了满足芯片的市场需求，尽可能早的在设计阶段开发、端口、集成、调试和验证任何嵌入式软件的内容。

ASIC的RTL全功能验证——其本身与任何嵌入式软件——是ASIC设计过程中最耗费时间和最困难的部分之一。统计表明今天ASIC设计中的70%要求重制。除了费用极其昂贵之外，重制能够引起项目失去其市场空间，这将严重损害公司的声誉和金融底线。

对ASIC设计者开放的三个主要验证选择是仿真，模拟和FPGA原型开发。

*仿真：基于软件的仿真被广泛使用，但即使在一个真正的高端(并且，相对昂贵)的计算机平台运行时，其运行比实际的ASIC硬件慢六到十个数量级，这使得其成为一项极大花费时间并且效率极差的技术。为了提供整个系统的尺寸认识，软件仿真能够典型地达到仅仅几Hz相当的速度(那就是，设计的系统时钟相对真实时间每秒钟的几个周期)。实际上，这意味着仅仅在一小部分设计中能够实现广泛的软件验证。

*模拟：基于硬件的模拟是另一个可供选择的方法，但它仍然比实际的ASIC硬件至少慢三个数量级，因为大量的有关的复用技术将验证速度减慢到仅仅500 KHz到2 MHz。此外，这种方法在预算和资源方面(依赖于模拟器的大小，每个相等的门电路成本能够从25美分到一美元)是极其昂贵的。设计者需要的是一种可供选择的方法，这将允许他们以较低的风险和成本投放市场。

*基于FPGA的原型开发：在许多情况下，“快速”验证设计是必要的。例如，就视频处理芯片来说，部分验证可能包含评估视频输出流的主观品质。相似地，在嵌入式软件中验证硬件要求极高的速度。其答案就是使用运行在10到80 MHz速度下的多个FPGA原型开发板，其相等于(或相当于)真实时间的ASIC速度(“真实激励输入，真实响应输出”)。当将设计定制开发板与使用现成的开发板进行比较时，后者——当与恰当的设计工具结合时——能够削减数周时间，不然的话，将花费数月的验证时间并且(在每个相等的门电路为一美分的典型值下)节省数万美元的NRE费用。

所关心的同样是，除了提供一个软件开发平台和硬件的软件验证之外，该公司设计ASIC简单地要求尽可能快的完成设计的全部功能;例如，证明硬件可以进行商业展示。

全定制与现成的原型开发板

大约在本文写作前的三至五年，所有多个FPGA的原型开发板是“建立你自己的”全定制品种。相反，今天有着众多现成的多个FPGA的原型开发板供应商群体。

提供一些参考，传统的硬件模拟目前的市场是每年一亿美元。比较起来，在过去几年中，没有任何人真正注意到，现成的多个FPGA的原型开发板工业已经增长到硬件模拟市场规模的四分之三。

工程师认为任何通用的都是次最优的。事实上，工程师经常希望建立他们自己的定制原型开发板，因为他们认为其性能将更好，他们相信与真实的世界接口将更容易，这些接口将更接近于他们想要的，他们认为这将减少项目成本，并且这将减少产品推向市场的时间。让我们依次列出这些观点：

*更好的性能：在包含了两个或三个以上FPGA的原型开发板情况下，定制实现方式将超过它的现成对应物的性能是非常不可能的。这是因为设计这样一块电路板要求非常高水平的知识和经验，这只能通过在几年内设计数代这样的电路板得到提高。