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# System prepended metadata

title: FPGA 資源評估參考

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### **64位元 Big RISC-V 核心**

> **每核心使用量** = **10,800 + 27,500 × 核心數量**
> 
| **核心名稱**                                                      | **LUT 使用量**               | **Arty A7-100T** | **Nexys Video** | **Genesys 2** |
|------------------------------------------------------------------|-----------------------------|:----------------:|:---------------:|:-------------:|
| **單核心 64位元 Rocket 核心**                                    | 38,300                     |        ✅         |        ✅        |       ✅       |
| **雙核心 64位元 Rocket 核心**                                    | 65,800                     |        ❌         |        ✅        |       ✅       |
| **雙核心 64位元 Rocket 核心，帶 512KB L2 快取**                  | 65,800 + L2 快取 (~20K)    |        ❌         |        ✅        |       ✅       |
| **雙核心 64位元 Rocket 核心，帶 L2 快取與 Gemmini 加速器**       | 65,800 + L2 + Gemmini (~30K) |        ❌         |        ✅        |       ✅       |
| **四核心 64位元 Rocket 核心，帶 512KB L2 快取和寬 256位元記憶體匯流排** | 110,800 + L2 (~20K)        |        ❌         |        ❌        |       ✅       |
| **四核心 64位元 Rocket 核心**                                    | 110,800                    |        ❌         |        ❌        |       ✅       |
| **八核心 64位元 Rocket 核心**                                    | 220,800                    |        ❌         |        ❌        |       ❌       |

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### **64位元 Sonic BOOM 核心**

| **核心名稱**                                                  | **LUT 使用量**               | **Arty A7-100T** | **Nexys Video** | **Genesys 2** |
|--------------------------------------------------------------|-----------------------------|:----------------:|:---------------:|:-------------:|
| **單核心 64位元 Sonic Small BOOM 核心（1 發射寬度）**            | ~148,500                   |        ❌         |        ❌        |       ✅       |
| **單核心 64位元 Sonic Medium BOOM 核心（2 發射寬度超純量）**     | ~148,500                   |        ❌         |        ❌        |       ✅       |
| **單核心 64位元 Sonic Large BOOM 核心（3 發射寬度超純量）**      | ~252,700                   |        ❌         |        ❌        |       ❌       |
| **單核心 64位元 Sonic Mega BOOM 核心（4 發射寬度超純量）**       | ~252,700                   |        ❌         |        ❌        |       ❌       |

:::spoiler 發射寬度（Issue Width）的定義
發射寬度 表示處理器在每個時鐘週期中，能從指令隊列中發射到 Execute 的指令數量。
* 1 寬度 表示每個時鐘週期僅能發射 1 條指令。
* 當 發射寬度 增加到 2 或以上時（如 2 寬度、3 寬度等），處理器就能同時發射多條指令到多個執行單元執行，稱為超純量處理器（Superscalar Processor）。

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### **32位元 Small RISC-V 核心**
> **每核心使用量** = **10,800 + 6,100 × 核心數量**

| **核心名稱**                                    | **LUT 使用量**               | **Arty A7-100T** | **Nexys Video** | **Genesys 2** |
|------------------------------------------------|-----------------------------|:----------------:|:---------------:|:-------------:|
| **單核心 32位元 Small Rocket 核心**            | 16,900                     |        ✅         |        ✅        |       ✅       |
| **雙核心 32位元 Small Rocket 核心**            | 23,000                     |        ✅         |        ✅        |       ✅       |
| **四核心 32位元 Small Rocket 核心**            | 35,200                     |        ✅         |        ✅        |       ✅       |
| **八核心 32位元 Small Rocket 核心**            | 59,600                     |        ❌         |        ✅        |       ✅       |
| **十六核心 32位元 Small Rocket 核心**          | 108,800                    |        ❌         |        ❌        |       ✅       |

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### **資源和售價比較**

| **開發板**           | **LUT 數量** | **CLB 數量** | **BRAM** (Mb) | **DSP Slice 數量** | **I/O** | **售價 (台幣)** | **參考網址**                                                                                                                                                          |
|----------------------|--------------|--------------|---------------|--------------------|---------|----------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| **Arty A7-100T**    | 63,400       | 15,850       | 4.9           | 240                | 210     | **$12,283**    | [Shopee Arty A7-100T](https://shopee.tw/(%E5%A1%AB%E5%AE%8C%E4%BF%9D%E5%9B%BA%E8%B3%87%E6%96%99%E5%8F%AF%E7%AB%8B%E5%8D%B3%E5%87%BA%E8%B2%A8!)Arty-A7-%E2%94%82-Artix-7-FPGA-%E9%96%8B%E7%99%BC%E6%9D%BF-%E2%94%82-DIGILENT-%E7%BE%8E%E5%9C%8B%E5%8E%9F%E5%BB%A0%E6%8E%88%E6%AC%8A-i.31968607.23116367690?is_from_login=true) |
| **Nexys Video**      | 203,800      | 50,950       | 16            | 840                | 500     | **$22,180**    | [Shopee Nexys Video](https://shopee.tw/product/31968607/935682857/)                                                                                               |
| **Genesys 2**        | 203,800      | 50,950       | 16            | 840                | 500     | **$44,401**    | [Shopee Genesys 2](https://shopee.tw/%E8%81%AF%E7%B5%A1%E8%B3%A3%E5%AE%B6%E4%BA%AB%E6%8A%98%E6%89%A3!Genesys-2-%E2%94%82-Kintex-7-FPGA-%E5%A4%9A%E5%AA%92%E9%AB%94%E7%99%BC%E5%B1%95%E5%B9%B3%E5%8F%B0-%E2%94%82-%E7%BE%8E%E5%9C%8B%E5%8E%9F%E5%BB%A0%E6%8E%88%E6%AC%8A%E4%BB%A3%E7%90%86-i.31968607.934740095)                                                                                               |

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**Nexys Video** 和 **Genesys 2** 雖然使用相同的 FPGA 晶片（XC7K325T），但是在Rocket Chip 上能運用的資源大不相同。

+  **設計目的**：
    - Genesys 2 重於高效能計算，保留資源給使用者自定義。
    - Nexys Video 重於多媒體應用（HDMI），部分資源被預留給影像相關的功能。


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### FPGA LUT 實測紀錄


<span style="color:#4CAF50;">**Nexy Video upper limit value**</span> 
  實際 LUT 數：<span style="color:#164773;">**134,600**</span>
* 雙核心 64位元 Rocket 大核心，帶 L2 快取與 Gemmini 加速器 ❌ LUT 數量需： <span style="color:#164773;">**170,863**</span> 
* 單核心 64位元 Rocket 大核心，帶 L2 快取與 Gemmini 加速器 ✅

<span style="color:#4CAF50;">**Genesys 2**</span> 
同 Nexy Video 單大核心 + Gemmini

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### 各塊 FPGA 板難易度
+  PYNQ-Z2 限制: 只有 53,200 個 LUT，比專案中最小的 Arty A7-100T 還要少。
+  Ultra96-V2 困難: MPSoC PS-PL 介面會更複雜 ( APU + RPU + GPU )。
+  KU115資源:
    ```markdown
    663,360 個 LUTs
    1,326,720 個 Flip-Flops
    2,160 個 DSP Slices
    75.9 Mb BRAM
    ```
    Rocket Chip 需求 (每個核心)：
    - 64位元大核心：約 <span style="color:#164773;">**27,500**</span> LUTs
    - 2-wide BOOM：約 <span style="color:#164773;">**148,500**</span> LUTs
    - 3-wide BOOM：約 <span style="color:#164773;">**252,700**</span> LUTs

    所以 KU115 理論上可以容納：
    - 純 Rocket Core：最多約 <span style="color:#F27405;">**20**</span> 核
    - BOOM：<span style="color:#F27405;">**2-3**</span> 核
    
    問題點: 純 PL 的 PCIE 接口 FPGA，沒有 SD 卡插槽，進行 Linux Booting 得另外想辦法，目前線索是借鑑官方一樣是 PCIE 接口的 VCU1525 來進行參考。
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