FPGA教学:应用与研究并重
—— —访新加坡国立大学电气与计算机工程系助理教授哈亚军博士
竞赛重在学生参与
问:此次竞赛是否公平?
答:这种评选方式不是 特别学术性的,有点是大家喜好的程度的 海选。从最后的结果来看, 理论性的分值相对占得低了一些。
答:这种评选方式不是 特别学术性的,有点是大家喜好的程度的 海选。从最后的结果来看, 理论性的分值相对占得低了一些。
问 :是否应该专家的权重更高一点?
答:总的来说我觉得名次不是最重要的,还是在参与。
问: 贵校( 新加坡国立大学)为什么有兴趣来中国参加这次比赛?
答
:
这种设计比赛对于培养学生的全面能力是很好的。很多学生在做硬件的时候会发现,我怎么做这个硬件的软件模拟
(simulation)没问题,为什么放到硬件板上去,它就不工作了呢?
通常是因为模拟仿真时,测试向量用得很少——如果在真正的硬件环境里面去工作的话,有很多不同的向量;也有可能硬件的实际环境在测试的时候没考虑进去,或者只测了一部分,还有更多的情况没有测。
同样地,对学生培养也是如此。在学校里很多学生表现得很好,成绩很高,但毕业后,可能不见得是发展最好的。因为学校里的考试,只是测试学生的某一些方面。
那么怎样去避免这类情况发生?参与 这种比赛,应该说对学生全面培养能力是非常好的。
同样地,对学生培养也是如此。在学校里很多学生表现得很好,成绩很高,但毕业后,可能不见得是发展最好的。因为学校里的考试,只是测试学生的某一些方面。
那么怎样去避免这类情况发生?参与 这种比赛,应该说对学生全面培养能力是非常好的。
如果学生经过这样一些测试,然后去公司工作,会很快上手,他不会说等到你的经理
来给你说,你要做这个,要做那个,要怎么样,他会非常主动。如果他选择学校去念博士,同样也会受益。
实际上,我们招收博士生,那他的学科成绩只是一个参考,更多的会参考看看他有没有其他业余课外的成绩,比如说他是否参加了类似这样的活动。
实际上,我们招收博士生,那他的学科成绩只是一个参考,更多的会参考看看他有没有其他业余课外的成绩,比如说他是否参加了类似这样的活动。
问
:本科生、研究生都能做这个
FPGA
的项目,博士生为何还要研究FPGA?因为现在
FPGA
平台容易掌握,所有学生都能同样完成一个电子设计?
答:本科生、研究生和博士生的区别大了。
如何学习FPGA
问 :您认为目前市面上的 FPGA 开发版、教材和书籍是否足够?
问 :市面上已经有很多现成的FPGA,为什么还要再进行基础研究呢?
问 : Xilinx 还做了一些收发器 ,是不是难度也增大了?
照片 本刊采访哈教授,左为“电子产品世界”网站总监王炜,右为笔者
从
FPGA
研究来说,可以主要看出三个方面,一方面就是
FPGA
的结构。
现在我们大部分的同学老师,实际上没有接触这个方面,基本上就是直接拿
Xilinx
或
Altera
的
FPGA
来用。
第二方面,一旦你的 FPGA 的结构有了改变,那么原来的这些 软件也就不能再用了,你必须要开发相应的软件来配合改变。 所以,研究的第二部分主要就是在 EDA 算法软件的开发。
第三方面,才是 FPGA 对一些特定应用的解决方案。
大部分的学生老师目前主要还是用已经商用的 FPGA、 以及现成的算法、开发工具,来开发一些应用。所以目前来说,应该还没有到研究的地步。但是真正要做 FPGA 的研究的话,就应该是把注意力放在第一、二方面。
第二方面,一旦你的 FPGA 的结构有了改变,那么原来的这些 软件也就不能再用了,你必须要开发相应的软件来配合改变。 所以,研究的第二部分主要就是在 EDA 算法软件的开发。
第三方面,才是 FPGA 对一些特定应用的解决方案。
大部分的学生老师目前主要还是用已经商用的 FPGA、 以及现成的算法、开发工具,来开发一些应用。所以目前来说,应该还没有到研究的地步。但是真正要做 FPGA 的研究的话,就应该是把注意力放在第一、二方面。
答:研究和工业是两个不同的方面。从学校的角度来说,假设我做研究,我不会去拿
Xilinx
的芯片来做我的研究,我会怎么做呢?我会开发一个软件,他会描述这个
FPGA
硬件,可以这么说,就是相当于一个虚拟
Model(模型)
,就是你有一个软件,我来描述这个
FPGA
的结构是什么样的。如此,你就可以随意描述你的
FPGA
结构是什么样的,就是我并没有把它做出来,但是我是用软件模型来描述
FPGA
应该是什么样,这是第一步。
第二步,对这个模型,我要开发我的算法软件,我会把我的一些应用 ma p 上去,那么我通过这些实验来看,我原来这个 ma p FPGA , 我能够获得的性能、面积和功耗 。当我改进我的结构和算法以后,我把同样的应用安到新结构上去,它是不是达到了我原来设想的要优化的指标,并做出 bench ma rk ,这就是做结构方面的研究。
所以通常来说, FPGA 的结构和算法是两个互相紧密相关的。
第二步,对这个模型,我要开发我的算法软件,我会把我的一些应用 ma p 上去,那么我通过这些实验来看,我原来这个 ma p FPGA , 我能够获得的性能、面积和功耗 。当我改进我的结构和算法以后,我把同样的应用安到新结构上去,它是不是达到了我原来设想的要优化的指标,并做出 bench ma rk ,这就是做结构方面的研究。
所以通常来说, FPGA 的结构和算法是两个互相紧密相关的。
如何学习FPGA
问 :您认为目前市面上的 FPGA 开发版、教材和书籍是否足够?
答:应该说数量是非常多的,但是从质量上可能还要提高。
例如很多教材可能更加注重是一些比较低端的题材,就是简单的应用,可能从基本的 FPGA 工作原理,以及它到底在这个结构或者算法方面有些什么最新的发展,存在的问题以及目前国际上大概是个什么样的情况。但在研究方面的介绍相对会少。
例如很多教材可能更加注重是一些比较低端的题材,就是简单的应用,可能从基本的 FPGA 工作原理,以及它到底在这个结构或者算法方面有些什么最新的发展,存在的问题以及目前国际上大概是个什么样的情况。但在研究方面的介绍相对会少。
问
:但是研究
FPGA
有什么用呢?因为我们觉得赛灵思、
Altera已经
做了FPGA了,我们有必要再发展自己的FPGA产业吗?
答:中国也是有尝试的。我所知道的就是复旦大学微电子系等。(笔者注:北京雅格罗技公司做国产FPGA。)
问 :市面上已经有很多现成的FPGA,为什么还要再进行基础研究呢?
答:
因为研究和产业本来就是两回事,你如果要是能把你的研究跟你的产业结合起来那就更好了。
但是不是说你不发展这个产业就不需要做这方面的研究。从长远来说, 芯片的 制造成本越来越高,未来更多的应用会慢慢地转移到 FPGA 平台上,那么人们是不是愿意把这么大一块饼全部让 Xilinx 、 Altera 做?这要看国家战略上怎么考虑。
FPGA教学
问:目前 FPGA 教学还有哪些问题呢?
但是不是说你不发展这个产业就不需要做这方面的研究。从长远来说, 芯片的 制造成本越来越高,未来更多的应用会慢慢地转移到 FPGA 平台上,那么人们是不是愿意把这么大一块饼全部让 Xilinx 、 Altera 做?这要看国家战略上怎么考虑。
FPGA教学
问:目前 FPGA 教学还有哪些问题呢?
答:对于学校来说,整个教材体系
相对比较稳定。你要做一个比较大的教材
改变,通常需要学校下一个比较大的决心的。所以FPGA推广到教学的阻力主要在这个方面。
你如果要是下定决心做一些改变,第二步,就是你怎么把 FPGA 跟原有的这些教材体系能够很好地结合。因为 FPGA 的发展非常快。例如,原来 FPGA 里面是纯逻辑,跟原来的数字教学很容易结合;但是现在 FPGA 里面又把处理器加进来,就变成一个很大的系统,整个的教学的难度和范围大大地增加了,所以很难把它放到同一门课里面,一次就把它全部讲完。这时就需要一个比较系统的规划—— 可能在一门课里面只用它的一部分,另外一门课里面用另外一部分,然后都把同一类 FPGA 做一个共同的平台,在不同课里面我侧重某一个点,可能在高年级一门课再把它们集成。这样的一种方法,可把难度分散。同时又有完整综合的机会。
你如果要是下定决心做一些改变,第二步,就是你怎么把 FPGA 跟原有的这些教材体系能够很好地结合。因为 FPGA 的发展非常快。例如,原来 FPGA 里面是纯逻辑,跟原来的数字教学很容易结合;但是现在 FPGA 里面又把处理器加进来,就变成一个很大的系统,整个的教学的难度和范围大大地增加了,所以很难把它放到同一门课里面,一次就把它全部讲完。这时就需要一个比较系统的规划—— 可能在一门课里面只用它的一部分,另外一门课里面用另外一部分,然后都把同一类 FPGA 做一个共同的平台,在不同课里面我侧重某一个点,可能在高年级一门课再把它们集成。这样的一种方法,可把难度分散。同时又有完整综合的机会。
问
:您的意思是工程师用Xilinx
Zynq的
难度挺大?
答:要看他是什么样的背景,因为现在这个
Zynq
它上面就是说它的平台的话呢,实际上之前就有了,就是他从这个抽象层次来说,它就是一个软件硬件的一个可以编程的平台。只是说现在我们把它从原来的这个
MicroBla
ze
或者
PowerPC
转成A
RM核
,从这个角度来说,它并不是一个完全大的改变,只是说里面换了处理器核。对某些工程师来说,可能它更简单了,因为如果他之前就是在ARM
平台
上面工作的,现在反而对他来说简单。
他的难度主要是,要看这个工程师之前的背景是什么,他如果是硬件工程师,他可能又要熟悉这个A RM 部分,如果他以前是软件工程师,他可能就会感觉难度小一点。
总的来说,因为现在这个平台太大,要求一个工程师有硬件、软件方面的能力都很强,基本上现在还是很困难的。现在目前业界的大部分工程师他们都只有一个方面的经历。
他的难度主要是,要看这个工程师之前的背景是什么,他如果是硬件工程师,他可能又要熟悉这个A RM 部分,如果他以前是软件工程师,他可能就会感觉难度小一点。
总的来说,因为现在这个平台太大,要求一个工程师有硬件、软件方面的能力都很强,基本上现在还是很困难的。现在目前业界的大部分工程师他们都只有一个方面的经历。
问 : Xilinx 还做了一些收发器 ,是不是难度也增大了?
答:之前,Xilinx的FPGA里没有很多收发器。现在芯片容量加大了,那么Xilinx当然为了使用者的方便,会把更多更多的
IP 核
加进来。之前是存储器块,后来处理器、
DSP等
都有了,现在加了收发器、A
DC
。现在可能唯一少的一个就是
RF
这部分。如果
RF
加了,这个芯片就是很完整的一个终端。
问
:Xilinx的FPGA和
Altera
有什么区别?或者对于
FPGA
教学,应该是两个都教,还是学一个就可以了?
答:它的关系好像
VHDL
跟
Verilog
的关系。
从技术上来说,
VHDL
能做的,
Verilog
也能做。但是他们主要是一个非技
术的划分。像
VHDL
的主要引擎是欧洲公司里用得多,
Verilog
在美国公司里面用得较多。但是现在慢慢的话,这个界限也越来越模糊了。因为总的来说,如果要是一个大的系统的话,通常你会要用很多的
IP核
。对于
IP核,
有的公司是
Verilog
,有的是
VHDL
,这没关系,反正现在他们可以混在一起用。
那么两家FPGA公司也一样,赛灵思能做的东西, Altera 基本上也能做,反之亦然。所以慢慢地从技术上来说,两家主要是拼市场、拼支持。
或者看谁更用功。如果谁把这个新的用户抓住了,他就抓住了一个可持续性的市场。因为一家公司一旦决定用你的产品,除非出现了非常大的问题,一般来说这家公司不会轻易的转换平台。比如有一个功能对整个系统影响非常大,你的竞争对手有了,你还没有,这个 Gap会 比较大,那时候别家就会入选。一旦被他抢过去以后就很难回来了。因为工业界的产品的发展不像研究,很少会做一个崭新的产品。工业界的产品一般都有一定的延续性,是一步一步地上去,任何一个突变,对他来说都有风险,所以他会避免。
那么两家FPGA公司也一样,赛灵思能做的东西, Altera 基本上也能做,反之亦然。所以慢慢地从技术上来说,两家主要是拼市场、拼支持。
或者看谁更用功。如果谁把这个新的用户抓住了,他就抓住了一个可持续性的市场。因为一家公司一旦决定用你的产品,除非出现了非常大的问题,一般来说这家公司不会轻易的转换平台。比如有一个功能对整个系统影响非常大,你的竞争对手有了,你还没有,这个 Gap会 比较大,那时候别家就会入选。一旦被他抢过去以后就很难回来了。因为工业界的产品的发展不像研究,很少会做一个崭新的产品。工业界的产品一般都有一定的延续性,是一步一步地上去,任何一个突变,对他来说都有风险,所以他会避免。
照片 本刊采访哈教授,左为“电子产品世界”网站总监王炜,右为笔者
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