前言

FPGA是Field Programmable Gate Array的簡稱，翻譯為現場可編程門陣列，是在硅片上預先設計實作的具有可編程特性的集成電路，它能夠按照設計人員的需求配置為指定的電路結構，讓客戶不必依賴由芯片制造商設計和制造的ASIC芯片，廣泛應用在原型驗證、通信、汽車電子、工業控制、航空航天、資料中心等領域，
作為一名剛入門的小白，該如何選擇一塊FPGA板卡呢？ 本期文章就從各大廠商及其產品，為大家講解一些FPGA板卡的特點，因為本人能力有限，很高興邀請到了我的“好姐妹”——倆零同學跟我一起合作完成這期文章，
本期文章，篇幅較長，希望大家耐心看完，都是我們花費好多心血整理出來的，

一、國內外知名企業

1.1、國外四巨頭

目前世界上有十幾家生產FPGA公司，最大的四家是：Xilinx（賽靈思）、Altera（阿爾特拉）、Lattice（萊迪思）、Microsemi(美高森美)， 這四家均為美國硅谷公司，其中Xilinx與Altera這兩家公司共占有全球近90% 的市場份額，專利達到6000余項之多，形成壟斷的格局，而Xilinx占有56% 的市場份額，始終保持著全球FPGA的霸主地位，
上面一連串的資料，簡單來說，就是FPGA前景誘人，但是基本被國外壟斷，還是美國，造成這種原因主要還是：門檻太高，在芯片行業里無出其右，（這種局勢，對于我們這種小白來說，最麻煩的就是，國內資料少，而且大部門還是英文資料，相信很多工科男都是 望“英”止步），同時Intel和Xilinx兩家掌握了FPGA行業70%的知識產權，筑起了高高的產權壁壘，讓許多后續想發展FPGA的行業巨頭難以超過，

1.1.1、 Altera（阿爾特拉）

Altera公司1983年成立，總部在美國加州，是專業設計、生產、銷售高性能、高密度可編程邏輯器件(PLD)及相應開發工具的一家公司，2015年12月英特爾斥資167億美元收購了Altera公司， 這是Intel當年最大的收購案，
Altera公司目前提供了3個系列的FPGA ：低成本的Cyclone系列（學生一般都用這個系列）， 高性能的Stratix系列，還有介于二者之間可以方便ASIC化的Arriva系列，

Cyclone系列： 該系列的目標為低成本的應用，適用于簡單的嵌入式系統的設計，目前該系列最新的Cyclone V FPGA實作了業界最低的系統成本和功耗，其性能水平使得該器件系列成為理想選擇，與前幾代產品相比，總功耗降低了40%，具有高效的邏輯集成功能，提供集成收發器型號及具有基于ARM的硬核處理器系統(HPS)的SoC FPGA型號，滿足了目前大批量應用對最低功耗、最低成本及最優性能水平的需求，國內現在Altera的學生板卡一般都用Cyclone IV的做主芯片，

Stratix 系列: 該系列的FPGA的基本結構類似于Cyclone系列，但是Stratix系列包含了DSP模塊和一個較大的存盤器模塊，該系列的最新一代為Stratix 10,它具有高性能四核64位ARMCortex-A53處理器系統、浮點數字信號處理(DSP)模塊和高性能FPGA,它的架構是目前最高端的FPGA之一，Stratix 10在性能、功耗、密度和集成方面具有突破性優勢，其革命性的HyperFlex內核架構采用了Intel 14 nm三柵極工藝，性能是前一代FPGA的2倍，同時功耗降低了70%，目前世界上單體計算量最大的FPGA就是Intel的Stratix FPGA，

Arria系列: 該系列設計用于對成本和功耗敏感的收發器及嵌入式應用，Arria FPGA系列提供豐富的存盤器、邏輯和數字信號處理(DSP) 模塊資源和主要用于串行通信的增強高速收發模塊，最新的Arria 10系列在性能上超越了前一代高端FPGA,而功耗低于前一代中端FPGA,重塑了中端器件，

1.1.2、Xilinx（賽靈思）

Xilinx (賽靈思)公司是最大的可編程邏輯器件供應商之一，能夠提供一系列的產品和服務，包括半導體IC、軟體開發工具、定制系統和技術支持，公司成立于1984年，總部設在美國加利福尼亞州圣赫扎市，現場可編程門陣列（FPGA）的發明者，

2020年10月27日 AMD 同意以股票交易的形式，按照 350 億美元的價值收購 Xilinx（賽靈思），AMD 預計交易在 2021 年底完成，
Xilinx的FPGA分為兩大類，側重低成本，容量中等，性能可以滿足一般的邏輯設計要求的Spartan系列；側重于高性能應用、容量大、性能能滿足各類高端應用的Virtex系列，在新一代產品中Spartex系列被Artix和Kintex系列所取代，

Artix系列: 該系列的Artix-7器件在28nm節點實作最低功耗和成本，并且經過優化，可以在低成本FPGA中實作最佳性能/功耗組合、AMS集成，以及收發器線速，此系列為各類成本功耗敏感型應用提供最大價值，包括軟體定義無線電、機器視覺照相及低端無線回傳，

Kintex系列: 該系列的Kintex-7 FPGA能在28nm節點實作最佳成本/性能/功耗平衡，同時提供高DSP率、高性價比封裝，并支持PCIe Gen3和10 Gigabit Ethernet等主流標準，Kintex-7系列是3G/4G無線、平板顯示幕和video over P解決方案等應用的理想選擇，
Virtex系列: 該系列的Virtex-7 FPGA針對28nm系統性能與集成進行了優化，提供了業界最佳的功耗性能比架構、DSP性能及I/O帶寬，該系列可用于10~ 100G聯網、便攜式雷達及ASIC原型設計等各種應用，

Zynq-7000 系列: Xilinx 于 2010 年 4 月推出的行業第一個可擴展處理平臺，這款基于 ARM 處理器的 SoC可滿足復雜嵌入式系統的高性能、低功耗和多核處理能力等要求，ZYNQ 的本質特征，是它組合了一個雙核 ARM Cortex-A9 處理器和一個傳統的現場可編程門陣列（FPGA）邏輯部件， 由于該新型器件的可編程邏輯部分基于賽靈思 28nm 工藝的 7 系列 FPGA，因此該系列產品的名稱中添加了“7000”，以保持與 7 系列 FPGA 的一致性，同時也方便日后本系列新產品的命名，簡單來說，就是ZYNQ 中集成了 ARM 處理器與 FPGA，可以用來做FPGA開發，也能做嵌入式開發，也能做Linux開發，

1.1.3 Lattice（萊迪思）

萊迪思半導體公司于1983年在俄勒岡州成立，1985年在特拉華州重組，萊迪思提供業界領先的SERDES產品，為當今系統設計提供全面的解決方案，包括能提供瞬時上電操作、安全性和節省空間的單芯片解決方案的一系列無可匹敵的非易失可編程器件，
值得一提的是，蘋果iPhone7中采用了Lattice的FPGA芯片，型號為 ICE5LP4K，此外，HTC的VR產品中同樣也采用了其FPGA芯片，

1.1.4 Microsemi(美高森美)

Microsemi Corporation( 美高森美公司) 創立于1960年，前稱Microsemiconductor Corporation,于1983年3月改為現用名,總部位于美國加州Aliso Viejo,全職雇員4500人，是一家半導體集成電路公司,在美國、歐洲和亞洲從事設計、制造和銷售模擬和混合信號半導體解決方案，

1.2、國內八金剛

近幾年國內FPGA產業已看到些亮點，但我們不得不承認國產FPGA產業才剛起步，與國際巨頭還存在較大的差距，不論從產品性能、功能、功耗、軟體、應用支撐上都有差距，甚至成本上，我們的優勢也不大，本土FPGA廠商任重而道遠，
下面介紹國內幾個知名企業，排名不分先后，

1.2.1 上海安路科技：28nm批量供應

上海安路資訊科技有限公司成立于2011年，公司的創始人及核心運營團隊由來自世界著名的FPGA公司和EDA公司的海內外高級技術、運營管理人才，以及學術界資深FPGA專家組成，從業經驗均超過10年，
其FPGA從55/40nm進入主流28nm工藝平臺，在器件性能和容量上也都有較大的提升，相應地對FPGA編譯軟體和IP也提高了要求，28nm器件在2020年批量供應，安路的FPGA軟體在國內算是少有的，比較完善的FPGA設計軟體，對于工程師來說，安路的芯片確實在很多情況下作為Altera 的國產替代方案，目前安路科技也在積極的通過RISC-V這個開源指令集進行IC研發，

1.2.2 深圳紫光同創：高性能FPGA已量產商用

安路科技、紫光同創和高云半導體曾被臺媒稱為“國內FPGA三架馬車”，
紫光同創是紫光集團旗下紫光國微的子公司，成立于2013年，有十余年可編程邏輯器件研發經歷，布局覆寫高中低端FPGA產品，也是目前編者接觸比較多的國產FPGA公司，在很多集成電路方面的比賽上都設有專門的杯題，
紫光目前的FPGA是中國市場上，相對來說，應用范圍最廣，行業方案最多，生態鏈最豐富的國內FPGA企業，他的EDA軟體和行業生態鏈算是目前最完善的，能夠讓很多使用紫光FPGA方案的廠商和工程師相對便利的應用在領域工程中，

1.2.3 廣東高云：28nm中高密度FPGA

高云半導體于 2014年1月成立，公司以國產現場可編程邏輯器件（FPGA）研發與產業化為核心，旨在推出具有核心自主知識產權的民族品牌FPGA芯片，提供集設計軟體、IP核、參照設計、開發板、定制服務等一體化完整解決方案的民營高科技公司，

1.2.4 京微齊力：中國第一家量產FPGA的公司

中國第一家量產FPGA的公司，曾傳出面臨倒閉的危險，重新融資后，瞄準云端服務器、消費類智能終端等新興場景，研發新一代AI可編程芯片AiPGA、邊緣異構芯片HPA、嵌入式可編程eFPGA三大系列產品，

1.2.5 上海復旦微電子：超大規模億門級FPGA

復旦微主要做軍用FPGA，

1.2.6 上海遨格芯：從編譯軟體切入生態鏈

上海遨格芯在杭州、上海和北京設有辦公室，自公司2012年創辦以來，專注于研發自主知識產權的FPGA核心軟體和硬體技術，已經推出三個系列的CPLD、FPGA、Programmable SoC產品進入量產，

1.2.7 西安智多晶：小米為第四大股東

智多晶微電子專心致力于成為中國第一大可編程邏輯電路（FPGA與CPLD）集成電路制造和應用供應商， 在中國設計，在中國制造，銷售到全球，成為世界前三大FPGA和CPLD制造供應商，

1.2.8成都華微電子科技有限公司

是國家“909”工程集成電路設計公司和國家首批認證的集成電路設計企業，隸屬于中國電子資訊產業集團，以芯片設計為主，輔以電子應用產品開發、技術服務，公司具備90納米CMOS、0.18微米Bi-cmos及BCD先進制程的數字模擬混合信號設計技術，可編程邏輯器件、A/D、D/A、模擬電路及介面電路的系列產品方面在國內具有領先優勢，都華微科技：高速、精度ADC/DAC領先

----------------看到這就堅持不下去了？？？？不了解一下形勢，怎么敢說自己會FPGA？你還是繼續當個快樂小白吧，-----------------------

二、板卡推薦

學生的資金一般只有千來塊，如何選擇一塊FPGA板卡很重要，下面就從入門、進階、深入，為大家介紹幾款做設計的板卡，

1、正點原子

相信做嵌入式的同學都聽說過正點原子，正點原子是出了名的資料多，并且他們家的資料都開源，重點：零基礎手把手教學，只要不是個笨蛋，看他家視頻基本都能看懂，

1.1、開拓者（入門）

一提起FPGA板卡，就不得不說開拓者，這款開發板簡直就是小白專屬：板載Cyclone IV系列芯片EP4CE10，其內部的邏輯單元達到10320，外設器件資源豐富，能夠滿足各種入門學習，配套教學視頻高達80多個，價格實惠，一塊板加一個下載器，目前價格看了一下是496， 同時，開拓者有一個控制人專有的福利，有88個外設IO口，能夠滿足你在做各種各樣的電機控制， （這里沒有打廣告的意思，就單純幫大家分析開發板）

另外開拓者使用的是，Altera的Quartus II設計，頁面整潔，編譯、綜合速度快， （Quartus II永遠滴神，無腦粉，哈哈哈哈）

1.2、達芬奇

當你從一名菜鳥小白變成一名不是很菜的小白后，你可能想做一點專案類的工程，這個時候開拓者的邏輯單元，快取芯片可能已經無法滿足你了，這個時候，你可以試試達芬奇，

達芬奇 FPGA 開發板主控芯片為 XC7A35T-2FGG484I（Xilinx Artix7 系列芯片），該芯片有 33K LC（邏輯單元），1.8Mbit BRAM， 5 個時鐘管理單元，集成 DDR3 硬核，性價比非常高， 同時，該板卡將FPGA 芯片內部的資源發揮到了極致，擴充了豐富的介面和功能模塊，兩個28x2擴展口，共112個擴展IO口，每組包含1個3.3V和5V電源介面，

這款板卡使用Xilinx的Vivado設計，Vivado功能更多，但是缺點就是，頁面復雜，編譯、綜合時間真的長，

1.3、啟明星

在上面介紹Xilinx的時候，提到了一個Zynq—7000系列，啟明星這款板卡用的就是這個系列的芯片：zynq-7010， 這款板卡，采用核心板+底板的設計風格，
ZYNQ 作為目前熱門的 SOC 類處理器，正在被越來越多的公司選擇使用，學習 ZYNQ 的朋友也越來越多，初學者可能會認為 ZYNQ 很難學，以前只學過 51，或者甚至連 51 都沒學過的，一看到 ZYNQ 就懵了，所以，這里不建議小白一入門就選擇zynq這樣的板卡，（可以學習完51和開拓者再過渡到zynq）
學習 ZYNQ 之前需要先對 ZYNQ 的基本結構和其功能有個大概的了解，如 PS、AXI 總線、鎖相環 PLL、FIFO 等，需要知道 PLL 是用來產生不同頻率的時鐘，如使用 WM8960（音頻編解碼芯片）時需要生成 12MHz的時鐘；FIFO 用于資料的快取和異步時鐘域資料的傳遞等，

2、小梅哥（入門）

小梅哥從2014年就開始做FPGA學習板卡，學習資料也是出了名的多，不過編者沒有用過小梅哥的FPGA板卡（主要我不太喜歡他們家的設計風格），這里就不做過多介紹，有興趣的可以上某寶看看他們家的板卡， （他們家的板卡，跟正點原子差不多，資料也是同樣開源）

3、黑金（進階）

相對于正點原子很優秀的FPGA入門教程，黑金在教程上面就有點平平無奇了，在我買的許多塊黑金的FPGA板卡中，黑金的教程可以說是平平無奇的并且還有點尷尬的，
但是不得不說，黑金的FPGA確實有他的魅力，相對于正點優秀的教程，黑金更偏向與高端方案提供者，在黑金的板卡里，除去一般的學習板，大部分的板卡更適合方案評估板和方案測驗， 那對于初學，又有什么優勢呢？
AlteraFPAG入門是我很早的一篇博客，關于我是怎么入門FPGA的，可以參考看看，
黑金應該是中國最早做FPGA學習板卡的商家之一（鋯石倒閉了），經過非常長的一段時間的打板，
黑金在FPGA板卡是資源配置和PCB布線的精細程度，正點確實是比不上的，黑金在學習板卡的外設提供上，給足了常用的學習器件，又提供了72個拓展IO，能夠基本完成學習和一般的學術開發，像數字信號處理、數字影像處理、器件控制等……同時，黑金的教程雖然不夠清晰明朗，但是在Demo的提供上，黑金提供了許多高級的FPGA例程，包括數字影像處理、數字識別、車牌識別、以及高級板卡上的影像糾正、系統測驗，這些高級例程對于FPGA的學習是很有幫助的，
同時，黑金擁有多款紫光同創的FPGA板卡，

4、PYNQ專供（深入）

PYNQ是Xilinx開發的一款能夠基于Python編程控制FPGA的硬體板卡，他的FPGA芯片是Xilinx的ZYNQ，也就是嵌入了兩個雙核ARM9內核的SOC，雖然從傳統意義上來說，PYNQ并不是一個純粹的FPGA器件，含有ARM架構的FPGA，算是一塊SoC，不過由于現階段純粹只含有可編程邏輯器件的FPGA已經不能滿足當下的需求了，所以目前的FPGA，大部分我們不稱為可編程邏輯器件，而是叫做片上可編程系統，它們具有FPGA的特點，但是可編程的范圍變得更加寬闊，
PYNQ的特點是Python + ZYNQ； 功能的體現就是我可以在Linux上，通過面向物件的方式編程，然后呼叫FPGA的資源，即將ZYNQ部分功能的Python化，直接呼叫Python庫和FPGA硬體庫進行功能的開發，
　
　

相對于普通的FPGA，PYNQ有什么優勢呢？
　1. Python用于ZYNQ開發，Python庫和FPGA硬體庫可以直接呼叫，極大加快開發行程、縮短開發周期、降低開發難度，更方便、快捷；使用 Jupyter 在線編程工具，簡單易行，
　2. PYNQ支持TensorFlow、opencv、BNN、keras等深度學習的庫，很方便用來做神經網路加速的板卡，
　和普通的FPGA相比，PYNQ更適合給沒有任何電路基礎的軟體工程師做演算法實作，通過Xilinx的HLS（高層次綜合）軟體，對神經網路演算法進行C/C++ 的編程，通過對演算法的IP封裝，自動轉換成HDL語言，以IP軟核的形式封裝在FPGA中，用戶在ARM內核上通過實作Linux系統，部署非加速部分的演算法環境，再呼叫已經封裝在FPGA上的神經網路加速IP核，來達到在硬體上加速神經網路運算的程序，這是PYNQ目前最廣泛的用途，

關于PYNQ的學習資料，可以參考我的這篇CSDN博客：
PYNQ視頻資料介紹
里頭有比較全面的PYNQ學習資源，

總結

這還是第一次跟倆零同學合作，真的很開森，很久以前就想一起合作一次了：大學生FPGA競賽就想著來一次跨校組隊，后來變成各自單挑了，最后兩個人都沒晉級，還蠻遺憾的，這次，兩個人首次合作，花了4天寫了這期文章，希望能夠幫助的剛入門的朋友，同時如果文章有什么不好的地方，還希望指出，謝謝大家，