SoC FPGA带来全新而开放的ISA选择
进入ai和云时代以来，显而易见的趋势之一就是fpga出现的频率开始降低了，且不说曾经的两大fpga巨头均已被x86厂商收购，就连fpga引以为豪的多样化和灵活性，也被专注于特定应用但全定制化、成本低的asic压得有些抬不起头来。fpga厂商们也没法维系那么多的应用，去和不断涌现的asic初创公司在各个领域去一一硬碰硬。
与此同时，fpga大厂在被收购后，也开始顺应他们的技术路线，可以看到他们的产品方向开始往数据中心、通信基建这些平均产品单价更高的应用上发展，尤其是智能网卡、ipu、dpu这类产品。虽然说中端fpga产品并没有就此消失，但明显竞争力已经大不如前了，过去的那些产品连满足现代计算处理的标准和需求都有些勉强，更不用说未来了。fpga需要一阵令其重获新生的新风，而基于risc-v打造的soc fpga或许就能充当这样的角色。
fpga上的risc-v
risc-v和fpga的关系打从一开始就非常密切，不少risc-v核心、处理器都是在fpga上实现或验证的。与此同时，risc-v从ip、架构和指令上带来的创新也被fpga厂商们看在眼里，诸如microchip、易灵思、安路科技等厂商都开始基于risc-v打造全新的fpga产品，英特尔也开发了为其fpga打造的risc-v软核，xilinx也成了risc-v国际基金会的战略会员，risc-v在fpga上的普及速度可能远超你的想象。
以microchip的polarfire为例，作为首个支持risc-v isa的soc fpga系列，终于在今年6月正式进入量产阶段了，具体包括mpfs250t和mpfs025t这两款产品。polarfire系列采用了4输入lut+dff的设计，最大规模的mpfs460t可以做到461k逻辑单元。
polarfire coremark跑分 / microchip
而在soc方面，polarfire采用了5个64位risc-v核心的设计，e51作为monitor单核，负责启动和配置处理器子系统，另外四个u54核心则主要用于负责运行linux之类的操作系统。至于为何选择risc-v而不是像旗下另一soc fpga系列smartfusion一样选择arm，microchip也给出了同等逻辑单元密度下coremark跑分的对比，可以看出即便是在工艺落后（28nm对比16nm）的情况下，基于risc-v的polarfire soc依然是最高效的那个，microchip指出与其他中端fpga相比，可以将能耗降低最多50%。
polarfire fpga开发套件 / microchip
为了方便开发者完成不同soc之间的嵌入式应用程序移植，microchip也专门打造了mi-v这一面向risc-v的生态系统，在本身提供risc-v软核ip的同时，也和iar systems、sifive、zephyr等第三方公司合作，提供开发工具、cpu ip和rtos等支持。
拥抱开源生态
rapid silicon是一家专注于打造ai fpga的初创公司，从他们的董事长兼首席执行官naveed sherwani博士的公开发言中，可以看出rapid silicon作为开源fpga基金会的创始成员之一，计划利用fpga开拓边缘ai应用，比如智能家居、安防监控和汽车传感器管理和智能座舱等市场，而他们手里的王牌既有专用ai技术，也有开源eda软件。
rapid silicon在近期推出了gemini，一个基于台积电16nmff工艺的fpga，采用了常见的fpga设计，比如6输入的可分割lut、dsp区块和真双端口的block ram。最大规模为250k逻辑单元、1250个dsp区块和9.5mb的片上block ram，4个输出pll支持生成高达1ghz的时钟信号。作为中端fpga，其规模不算太大，但完成边缘ai的应用还是绰绰有余的。
gemini框架 / rapid silicon
对于硬件资源充裕的fpga来说，risc-v和arm未必就是不能共存的死对头，这点在gemini也能体现出来。gemini集成了单核32位的risc-v处理器和双核的arm a53处理器。32位的risc-v处理器作为支持自定义指令的实时应用处理器，最高频率可达533mhz，同时拥有16kb的i/d cache和64kb的程序内存。
gemini上的64位arm处理器浮点单元频率可达1.6ghz，此外还集成了支持最高2166mbps ddr内存的dram控制器、pcie 4.0的pcie控制器、10g以太网控制器等，均由高性能低延迟的flexnoc互联在一起。
更重要的是，gemini的诞生还是利用他们自己的开源fpga eda套件raptor打造出来的，这也证明了依靠开源工作流打造fpga系统是完全可行的。2021年10月，rapid silicon获得了来自成为资本领投的1500万美元种子资金，考虑到成为资本是risc-v国际基金会的高级会员，创始人李世默也是risc-v国际基金会理事，愿意对rapid silicon投资也就不足为奇了。
结语
与传统的asic方案相比，soc fpga还是有着不少优势的，比如没有昂贵的nre成本或是最小采购量的需求。再者，fpga最大的优势还是在可编程上，即便是已经出货的产品也能重新编程，进一步降低设计风险。而risc-v的出现，则为这类soc fpga带来了一个全新而开放的isa选择。
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risc-v和fpga的关系打从一开始就非常密切，不少risc-v核心、处理器都是在fpga上实现或验证的。与此同时，risc-v从ip、架构和指令上带来的创新也被fpga厂商们看在眼里，诸如microchip、易灵思、安路科技等厂商都开始基于risc-v打造全新的fpga产品，英特尔也开发了为其fpga打造的risc-v软核，xilinx也成了risc-v国际基金会的战略会员，risc-v在fpga上的普及速度可能远超你的想象。
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结语
与传统的asic方案相比，soc fpga还是有着不少优势的，比如没有昂贵的nre成本或是最小采购量的需求。再者，fpga最大的优势还是在可编程上，即便是已经出货的产品也能重新编程，进一步降低设计风险。而risc-v的出现，则为这类soc fpga带来了一个全新而开放的isa选择。
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