【百度大脑AI计算盒FZ5C】电路板设计亮点

robe.zhang

【百度大脑AI计算盒FZ5C】电路板设计亮点

最近使用在计算盒的 FPGA 端，浏览了一遍 Xilinx 相关的几乎所有的资料，还把计算盒的硬件原理图、所有主要元件手册全部浏览了一遍。

从一个嵌入式工程师的角度，一个开发板深度用户的角度，来看电路板设计中的亮点：

1，  用的物料好，物料是真的好。

• 主芯片是Xilinx  XCZU5EV 工业级，工作温度 -40 到 100 摄氏度。
• 电源是 TI 的。
• 内存颗粒是镁光的 DDR4 3200。
• 存储颗粒是海力士EMMC 5.1。
• QSPI 存储是镁光的
• HDMI IN 芯片是 Analog Devices 的
  

物料都是一线顶级厂商的

2，  物料规格高，是真的高

QSPI：硬件规格书宣称 32MB QSPI，实际用的是一颗 64MBQSPI，最起码我手上的盒子是一颗64MB QSPI

硬件规格书：

实物：

这是一颗Micron Technology 2nd generation SPI NOR  flash  512Mb(64MB)  1 die Rev. B 带有 RESET pin 和 HOLD pin 24-ballT-PBGA, 05/6 x 8mm (5 x 5 array) 工作温度–40°C to +85°C 量产的产品。

DDR 内存颗粒：镁光单颗 1GB 大小， 16位宽，Data Rate：3200(MT/s), 96-ball7.5mm x 13.5mm FBGA

单颗数据位宽 16位，四颗一共 64 位位宽，把数据位宽全部填满了，位宽很足

内存颗粒数据速度3200(MT/s)，因为xilinx芯片最大支持 2400MT/s，板子当前配置和调教用到了极限速度：

3，计算盒用的芯片速度等级-1，cpu 最大工作频率 1.2Ghz，apu 最大500Mhz，GPU心是核心最大600Mhz

为什么不用 -2，-3 可以跑更高工作频率

看下面这个图，xilinx 整个产品系列，-3 级，核心电压比较高，估计功耗发热都会比较高，并且工业级最大只能到 -2，没有-3

再看看工业级，工作温度-40度到100度， C 级别 E 级别差太远。

所以选择工业级只有 -1，-2 速度等级可以选，本盒子用的是 -1 级，还有个 -2 级别是米尔另一款开发板。

其实 -1 和 -2 最大工作频率也没差太多1.2Ghz 和 1.33Ghz 的区别，并不是 1.2Ghz 和 1.5Ghz 的区别

4，盒子用的这颗xilinx 芯片是 EV 系列芯片，zynq  ultrascale plus  mpsoc 系列中，顶级的一个系列：GPU，VPU 全都有

5，这块板子除了支持QSPI，TF卡，JTAG三种方式之外，还支持EMMC启动，USB2.0 启动，芯片是支持的，板子也预留了设置，可以开启，具体怎么用待研究，硬件是支持的。

6，板子 IO 的分配，PS 端 IO 几乎是固定，没什么好说，看 PL 端 IO 的分配：

一共 4 个 HD bank，其中 3 个用在 HDMI IN 视频输入接口上，剩余1个全部通过 100 pin 扩展接口引出，给用户用，HD bank 使用效率很高很高。并且HD bank IO 电压是3.3V 和MIO 电压一样，直接拿来当 GPIO来用，并且可以随便绑定，是不是很爽。没错，笔者FPGA 控制IO项目用的正是这个bank中的IO

再看 HP bank IO：一共 3 个bank，其中两个用于 MIPI-CSI 接口，这两个 bank IO 使用了大概 40% 吧，IO 也是一种芯片资源，没用有点可惜了

另外一个HP bank IO 几乎全部通过100 pin 扩展接口引出，给用户用，IO 端口电压 1.8V

IO 端口分配方面，留给用户一个完整的 HDbank IO 和一个完整的 HP bank IO，这点太好了，强迫症都能治好，笔者也很喜欢这个IO 分配。

7，看 100 pin 扩展接口，上半部分是 HPbank IO，下半部分是 HD bank IO，中间是系统IO 和 MIO，这些都比较常规，看电源 IO，有 12V、5.0V、3.3V、1.8V，其中3.3V 和 HD IO 很配，1.8V 和 HP IO 很配，完美。

计算盒电路板设计亮点很明显：

用料好，物料规格高，工业级 xilinx 芯片，带有GPU VPU，调教出了最佳内存性能，给用户留了足够多的 IO 使用，并且有匹配的电源 IO，启动方式灵活，用户可完全的调整。给的比规格书和宣传的还多。

当然也还有提升的空间，比如说 IO 资源利用率可以更高，SERDES 一个没有保留、PS-GTR 浪费了一组，有点可惜

也许是定位的原因吧，计算盒重在 FPGA 加速，高速外部接口没有保留。同芯片的米尔开发板 MYD-CZU5EV 有 PCIE，SATA，DP，USB3.0，SFPx4，SERDES 足足的一个没漏，用户 LED 灯，用户按键，arduino接口，PMOD接口，HDMI/LCD接口，xilinx FMC LPC接口，能把这颗 xilinx 芯片上资源发挥到极致，速度等级-2，工业级，完美。

开发板果然是开发板，计算盒重在 AI 加速和工业部署使用