开源FPGA EDA工具必将统治世界？

预测：开源FPGAEDA工具将统治世界吗？这里列出了两种不同的观点供大家参考，对于这个问题，相信每个人都会有自己的看法。观点一：开源FPGA EDA工具必将统治世界 IceStorm以及SymbiFlow(IS/SF)将会给数字电路设计带来革命性的变化，就像GCC革了系统软件的命一样。由此带来的结果是 1．FPGA的应用将会爆炸性增长 2．开源EDA工具将最终取代厂商专有的EDA工具。

开源编译器项目GCC

还记得1980年代末期，GNU的情况一个完全由极客支撑的项目，没有任何商业成分。所有的工作站供应商都知道GNU不成熟，均在投资为付费客户开发自己的编译器（例如SunCompiler,HPCompiler,DECCompiler,IBMCompiler…）。虽然GCC（GNUCompilerCollection，GNU编译器套件）只是一个纯靠兴趣支撑的项目(hobbystuff)，支持的平台和集成度也并不完善，但那无伤大雅，因为每个用户(Everyone)都可以是项目的贡献者,足够多的用户一边使用，一边对其进行改进，并将其传遍了世界各地，最终，直接使用GCC编译器的Linux出现了。以上就是GCC的发展史。

SymbiFlow-the GCC of FPGAs项目介绍

对于FPGA来说，开源FPGAEDA工具和GCC的情况类似，虽然目前还停留在兴趣项目层面，但其进化速度相当之快。毕竟，它们是开源的，并且非常易懂，开发者很容易在使用过程中变成贡献者,从而协助对其进行建议和改进。综合、布局、布线等问题本身具备的复杂程度，恰又像黑夜里的一盏盏灯火，吸引着无数聪明的学者像飞蛾一样聚集上前来展开研究。更加值得鼓舞的是，开源FPGA EDA项目IceStorm(SymbiFlow)已经比商业EDA工具的运行速度高了一个数量级（有机会我们将开专题介绍），因为我从未在商业EDA工具上在15秒内将设计实现在FPGA上过（诚然，这只是一个很小的设计，和那些在UltraScale器件上所进行的复杂设计无法相比）。目前，该项目已经雄心勃勃地向着Xilinx7系列进发了。

各领域开源工具/标准一览

观点二：开源FPGA EDA工具无法统治世界

很早以前，开源FPGAEDA工具将推翻现有商业FPGAEDA工具“王权”的说法就已在业界广为流传。这些说法有一个共同的特点：将FPGAEDA软件和普通软件进行了类比，并提到IceStorm项目（针对Lattice的iCE系列产品的逆向工程，Storm有“攻占”之意，意味深长）和CliffordWolf(开源FPGAEDA教父，宏大的开源FPGAEDA项目SymbiFlow的发起者之一)。

该观点的判断：开源FPGAEDA将在很长的一段时间里，无法挑战现有的FPGAEDA世界秩序。除非以下两种情况的任何一种情况发生：

1.Intel或者Xilinx直接支持某一开源FPGAEDA项目。

2.所有主流的Intel/XilinxFPGA器件被某一开源FPGAEDA项目通过逆向工程全部分析清楚。

下面就上述两种情况简单聊一下：

1.来自主流FPGA厂商的官方支持

如果你对大型开源工程(比如LLVM或者Linux)比较熟悉，你会发现其主要的开发者基本都是Intel、Apple、Google等公司所雇佣的全职人员（他们很专业，而且可以全身心投入），而不是一撮对技术极度狂热的，靠爱好和情怀聚集在一起的兼职人员。

那么Google或者Apple做这些开源项目的初衷是什么呢？这些项目和公司的主营业务无关，Apple想做开源编译器，但是做编译器并不能提高iPhone的销售收入。

但在FPGAEDA领域，情况并非如此。Intel和Xilinx很早就意识到，做出一款FPGA芯片并不难，难的是开发一款优秀的FPGAEDA工具，从而形成FPGA整体解决方案。FPGA产业的历史中，已经有无数的FPGA创业公司因为没有意识到这一点，而被无情的扫进了历史的垃圾堆，尽管这些公司有着十分先进的芯片设计理念。看看Tabula吧，并不是这个公司的硬件不行，而是你根本没法用他们的软件进行编程啊。因此EDA工具是一个公司进入FPGA领域的最大障碍之一，并且扮演了市场竞争的关键角色(differentiator),因为用户一旦选用了一家EDA，便会对这个生态产生依赖（移植涉及工作量以及不确定性）。普通编译器和软件工具的关系则并非如此。

请注意Intel是怎样的确保留了非开源的编译器-icc和ifort的-这些工具经过了无数的优化，因为他们是Intel商业逻辑中关键的一环。而开源FPGAEDA工具并非Intel和Xilinx的长期商业利益所在。

2.逆向工程

按照上面的逻辑，既然开源EDA工具无法得到Intel和Xilinx的支持，那么就剩下逆向工程一条路可走了。我知道CliffordWolf教授在这方面作出了大量艰苦且聪明的工作，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贡献，但iCE40并不是什么复杂器件，iCE40和Stratix10之间的复杂度区别可能和Cessna172和Boeing787之间的差距差不多…

iCE40和Stratix10的复杂度差距可能和设计这两架飞机差不多 即使我们忽略复杂度的差别，仍然有2个基本无法克服的重要问题： 1）配置。一款现代FPGA,比如Stratix10的配置位并不仅仅是一系列简单的shift-registerCRAM，码流bitstream也不仅仅是一系列的LUT掩码和布线通路MUX配置码组成，而是一系列针对安全器件管理器(SecureDeviceManager)的命令流(CommandStream)，这只是冰山一角。在不知道其内部任何细节的情况下去逆向仿制，无异于在没有任何操作说明的情况下，蒙上眼睛去组装一架现代飞机。在这个过程中，还不能出一点差错，因为一旦出现问题，你连为啥都不知道。

2）时序。任何聪明的布局布线算法在没有精确的时序模型(TimingModel)支持下，都不值一提。而时序模型是由物理实现(对FPGA公司来说，这是高度机密super-secret)以及工艺数据(超高度机密ultra-super-secret)决定的。对于以上内容，是完全无法通过逆向工程推出的。即使你通过足够保守的Fmax来从理论上解决建立时间的问题，也无法通过同样的方法解决保持时间以及其他时序约束问题。最好的情况是你的器件根本无法工作，最坏的情况则是无法诊断的功能错误间歇性出现（保持时间不满足导致偶然性亚稳态）。当工艺节点越来越小时，保持时间的变化趋势看上去会越来越差。

综上，开源EDA并不是行业的未来，我相信现有的开源EDA会持续改进，但其存在无法逾越的障碍，没有FPGA厂商的支持，开源EDA将永远无法追上现代FPGA发展的脚步。

总结

就笔者的看法，以上两种观点虽然看似大相径庭，但有一个共同观点，那就是开源FPGA EDA工具要走的路，还有很长，网上的讨论也精彩纷呈，但就像一家甜品店的不同风味的点心，如果点心的配方都一样了，对客户来说是最好的事么（客观来说，确实提高了甜品店的产出效率）？各位又对此有怎样的看法呢？

审核编辑 ：李倩