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map上去，那么我通过这些实验来看，我原来这个map 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 mark，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map上去，那么我通过这些实验来看，我原来这个map 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 mark，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MicroBlaze或者PowerPC转成ARM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ARM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ARM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、ADC。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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