Alat FPGA Open Source Meningkat Momentum saat Komunitas Menantang Vendor Lock-in

Saat FPGA merayakan ulang tahun ke-40 mereka, gerakan yang berkembang dalam komunitas teknik mendorong alternatif open source untuk alat pengembangan proprietary. Meskipun Xilinx XC2064 asli dari tahun 1985 telah berkembang menjadi perangkat canggih hari ini dengan jutaan sel logika, ekosistem toolchain sebagian besar masih dikontrol oleh vendor besar seperti AMD / Xilinx dan Intel / Altera .

Toolchain Open Source Menunjukkan Potensi Nyata

Lanskap pengembangan FPGA open source telah membuat kemajuan signifikan, terutama dengan proyek seperti OpenXC7 , F4PGA , dan LiteX . Alat-alat ini sekarang mendukung keluarga chip populer termasuk Xilinx Series 7 , Lattice iCE40 , dan ECP5 FPGA . Pengembang komunitas telah berhasil mengimplementasikan sistem RISC-V lengkap yang mampu menjalankan Linux menggunakan alur open source ini, menunjukkan bahwa alat-alat tersebut telah matang melampaui proyek proof-of-concept sederhana.

Satu kisah sukses yang menonjol melibatkan LiteX , yang dapat menghasilkan desain hanya menggunakan 20% dari sumber daya FPGA sambil menyelesaikan sintesis dalam sekitar 10 menit. Ini dibandingkan dengan baik terhadap alat Vivado milik Xilinx , yang sering mengonsumsi 85% dari perangkat yang sama dan memerlukan 30-45 menit untuk tugas serupa. Keuntungan efisiensi menunjukkan bahwa alat open source mungkin menawarkan keuntungan praktis di luar hanya penghematan biaya.

Perbandingan Tool FPGA Open Source

Lattice Memimpin Jalan dalam Dukungan Open Source

Lattice Semiconductor telah muncul sebagai vendor FPGA besar yang paling ramah open source. Tidak seperti pesaing yang secara aktif mencegah upaya reverse engineering, Lattice secara efektif telah mendukung pengembangan toolchain open source untuk perangkat mereka. Pendekatan ini tampaknya mendorong penjualan, karena banyak pengembang melaporkan membeli board dan chip Lattice secara khusus karena dukungan alat open source.

Strategi perusahaan masuk akal secara bisnis - mereka meraih keuntungan dari menjual silikon daripada lisensi perangkat lunak. Perangkat Lattice modern seperti CertusPro-NX dapat dikonfigurasi hanya dalam 4 milidetik dan menyelesaikan konfigurasi fabric penuh dalam 30 milidetik, membuatnya menarik untuk aplikasi yang memerlukan waktu boot cepat.

Waktu Boot FPGA Lattice

• CertusPro-NX: Konfigurasi I/O dalam 4ms, fabric penuh dalam 30ms
• Certus: Konfigurasi perangkat penuh dalam 8ms
• Avant-G: Power-on hingga operasional dalam 47ms

Alat Vendor Masih Mendominasi Meskipun Ada Keterbatasan

Meskipun ada kemajuan open source, alat vendor proprietary tetap menjadi standar untuk sebagian besar pengembangan FPGA komersial. Namun, alat-alat ini datang dengan kelemahan signifikan yang membuat frustrasi banyak insinyur. Hasil sintesis dapat bervariasi antara run bahkan dengan kode dan parameter yang identik, menciptakan hasil yang tidak dapat diprediksi yang mempengaruhi kinerja produk. Alat-alat tersebut juga cenderung rapuh dan sulit untuk direproduksi di lingkungan yang berbeda.

Setelah bertahun-tahun reverse engineering, pekerjaan yang sedang berlangsung, toolchain open source untuk chip AMD / Xilinx Series 7 , termasuk Kintex-7 , mendukung beberapa keluarga perangkat dan secara bertahap diperluas untuk menyediakan alur sintesis FPGA end-to-end yang komprehensif.

Sifat deterministik dari alat open source menawarkan alternatif yang menarik. Proyek seperti Tillitis telah menunjukkan bahwa alur open source dapat menghasilkan hasil yang identik bit-for-bit, memungkinkan verifikasi kriptografi dari bitstream FPGA - sesuatu yang hampir tidak mungkin dengan alat proprietary.

Tekanan Harga Mendorong Adopsi

Pertimbangan biaya juga mendukung adopsi open source. Distributor Tiongkok seperti LCSC menawarkan diskon signifikan pada chip FPGA , dengan bagian yang dijual seharga 20 dolar Amerika Serikat yang berharga 90 dolar Amerika Serikat melalui saluran tradisional seperti Digikey . Namun, penghematan ini hanya masuk akal ketika dipasangkan dengan alat pengembangan gratis, karena lisensi alat proprietary dapat berharga ribuan dolar Amerika Serikat setiap tahun.

Untuk pengembang individu dan perusahaan kecil, kombinasi perangkat keras yang didiskon dan perangkat lunak gratis menciptakan titik masuk yang dapat diakses ke dalam pengembangan FPGA yang tidak tersedia dalam dekade sebelumnya.

Contoh Perbandingan Harga FPGA

Tantangan Tetap Ada untuk Desain Kompleks

Sementara alat open source unggul untuk desain kecil hingga menengah, mereka masih tertinggal dari alat vendor untuk aplikasi yang paling menuntut. Interface berkecepatan tinggi, pengontrol memori yang kompleks, dan fitur perangkat terdepan sering memerlukan core IP proprietary dan optimisasi khusus vendor. Kontraktor pertahanan besar dan perusahaan perdagangan frekuensi tinggi terus mengandalkan alat vendor untuk aplikasi mereka yang paling kritis.

Komunitas open source mengakui keterbatasan ini tetapi terus memperluas kemampuan. Pekerjaan terbaru telah berfokus pada mendukung perangkat yang lebih besar dan blok IP yang lebih kompleks, menunjukkan bahwa kesenjangan mungkin menyempit seiring waktu.

Evolusi 40 tahun FPGA telah luar biasa, tetapi dekade berikutnya mungkin melihat perubahan yang sama dramatisnya dalam bagaimana perangkat ini diprogram dan disebarkan. Saat alat open source matang dan vendor lock-in menjadi kurang dapat diterima oleh pengembang, industri FPGA mungkin perlu mempertimbangkan kembali model bisnis tradisional mereka.

Referensi: The FPGA turns 40!