Hardware: ASIC, FPGA (ПЛИС), SoC

• Fpga = плис = Программи́руемая логи́ческая интегра́льная схе́ма (на печатной плате)
• Есть Китайские ПЛИС, есть даже Воронежские (для специальных задач)
• ”CPU и FPGA – микросхемы общего применения, туда спецзакладку для сети запихивать накладно, а вот в специализированный сетевой чип, который примерно весь Blackbox со своими закрытыми процами внутри – святое дело)” (c)
• Язык Verilog/VHDL. Оба они являются HDL – hardware description language. Т.е. языки аппаратного программирования. В целом разработка на Verilog/VHDL считается значительно более долгой в сравнении с ПЯВУ. Разрабатывать FPGA с одной стороны легко т.к. всегда видишь что происходит (на слайде стриминг схема), с другой сложно т.к. сигналов много. 

• Плюсы FPGA: Параллельность, предсказуемость, свобода в архитектуре и периферии
• Зачастую для FPGA есть эмуляторы платы FPGA, чтобы ты мог свой код протестировать через эмулятор, без девайса
• Частота 500 МГЦ для FPGA это нормально и даже много. Нужно понимать, что это не процессор. Причем чем сложнее разработанная схема, тем сложнее поддерживать нужную частоту (если сложная логика между элементами например). Аналогично и в ASIC.
• Большая часть FPGA разработки в России и мире это военка (даже язык VHDL был разработан для US DoD – см. Выше), космос, авто – там, где требуется обработка чего то (трафика, видео) с жестко предсказуемой производительностью/задержкой. FPGA позволяет делать без задержек приложения/устройства с гарантией скорости их работы, что важно, например, в автомобильном производстве (automotive). Военка отсюда же вытекает. Так же на марсоходах используется FPGA.
• Производители Altera (Intel)/Xilinx (AMD) (основные).
• Часть блоков кода в проектах зачастую повторяемые (можно скачать/найти/купить). 
• В Cisco 6880 есть и ASIC (на интерфейсах) и FPGA (коммутационные матрицы). Можно как баги править, так и функционал добавлять через прошивку FPGA. В целом это достаточно типовая архитектура на сегодня.
• Неплохая статья о разработке FPGA в контекте где пригождается TCL, много особенностей разработки на FPGA не только в контексте TCL (процесс, глюки софта и проч)
• (Linkmeup подкаст FPGA) Зачастую реализации на базе FPGA невозможно положить за счет объема трафика/(D)DoS, потому что они могут обработать line rate трафика без потерь с неизменной задержкой от объема. FPGA, ASIC зачастую круты тем, что решения на чипе делаются еще до того как пакет полностью принят и в момент приема остается это решение только применить. Кроме того буферы входящие/исходящие никак не зависят друг от друга.
• Пример описания Беркута Метротек: FPGA HDL (заложенная ими логика в FPGA – MAC control, генератор, анализатор, передача и прием пакетов), Linux (там пишется аппа которая реализует RFC 2544/Y-1564, интерейсы просмотра и управления). Для Linux пишется прошивка, чтобы FPGA там выглядил как обычный NIC и можно было даже перехватывать с нее данные обычным wireshark/tcpdump. 
• Бинарник хранится в постоянной памяти как прошивка для FPGA, далее при загрузке девайса происходит установка значений для блоков в соответствии с прошивкой. Причем в реализации у метротека под каждый тест своя прошивка – отдельная для RFC 2544, отдельная для Y-1564. При смене прошивки девайс перезагружается за пару секунд и способен начинать новый тест. Может быть частичная реконфигурация, тем посложнее – указание конкретных ячеек для переконфигурации, а не всех.
• Таблица с asic/fpga datacenter коммутаторов cisco/arista/juniper/huawei

Network switch comparison Table, including ASIC and packet buffer.

• С точки зрения импортозамещения нет российских FPGA/ASIC. Не полностью доверенные схемы поэтому в любом случае. При этом FPGA со своей/известной логикой (вплоть до проверок ошибок CRC) лучше чем западный ASIC с неизвестной логикой.
• Intel (Altera) Stratix V используют в Беркуте Метротека (тестер/анализатор)
• Крутые FPGA 10/100G – Altera (куплен Intel). Продают dev-kit за 5к баксов для 10G (Arria) и 20к (Stratix).

FPGA Altera
The main product lines from Altera (now Intel) are the Stratix, Arria and Cyclone series FPGAs,[1] the MAX series CPLDs and non-volatile FPGAs,[1] Quartus design software,[6][7] and Enpirion PowerSoC DC-DC power solutions.

Stratix
https://www.intel.com/content/www/us/en/programmable/products/boards_and_kits/all-development-kits.html
https://www.intel.com/content/www/us/en/programmable/products/boards_and_kits/dev-kits/altera/kit-stratix-iv-gt-100g.html
$19,995
https://www.intel.com/content/www/us/en/programmable/products/boards_and_kits/dev-kits/altera/kit-stratix-v-gx-100g.html
$24,995

Arria
https://www.intel.com/content/www/us/en/programmable/products/boards_and_kits/dev-kits/altera/kit-a10-gx-fpga.html
$4,495

• Intel Quartus Prime – Intel Quartus Prime содержит все что вам нужно для разработки дизайна систем на базе Intel FPGA, SoC и Complex Programmable Logic Device (CPLD), начиная с самых основ и включая далее отладку взаимодействия, оптимизацию, верификацию и моделирование. 

 

Создание ASIC

• Те, кто идет по пути создания ASIC, программируют на FPGA плате обычно и только потом в ASIC переливают проверенную реализацию. Но многие разработчики как нишевых (напр. метротек), так и массовых девайсов (включая коммутаторы) не делают ASIC вообще – слишком рискованно, большие инвестиции, трудозатраты и риски неисправляемых багов, отсутствие гибкости по развитию.
• ASIC часто делается в 2-3 захода, не с первого.
• Time-to-market высокий (до нескольких лет – сложность разработки, большие вложения). Но в результате продукт дешевый, по сравнению с FPGA. А FPGA ту же задачу можно решить за неделю-месяц, причем без больших капитальных вложений.
• ASIC вызженно в камне. Цена ошибки огромна, в отличии от FPGA. Миллионы долларов в помойку. Есть миллион и тысяча примеров, когда выпускалась партия сетевушек реализованных на ASIC, где позже находилась мелкая, но очень неприятная бага которую невозможно поправить на уровне драйверов и производитель краснея выпускал новую ревизию устройств, неся серьёзные убытки. Целая индустрия на этом. ТЕСТИРОВАНИЕ мега важно. В случае с FPGA, среднестатистическое исправление ошибок занимает две недели. Или быстрее, если косяк вышел совсем уж неприятный. 
• Можно делать как в FPGA все что хочешь, но зависит от бабок (если у тебя такой большой заказ что фабрика чисто под тебя будет печатать)
• Код пишется, потом преобразуется в фикс-конфигурацию из транзисторов, потом ты тестируешь реализацию. Альтернативный подход (бюджетнее) – конвертация фиксированной конфигурации FPGA в ASIC, но производительность может быть хуже.

FPGA + Python

статья на habr

Из песочницы
Технология FPGA (ПЛИС) в настоящее время обретает большую популярность. Растёт количество сфер применения: помимо обработки цифровых сигналов, FPGA используются для ускорения машинного обучения, в blockchain технологиях, обработке видео и в IoT. 

Данная технология имеет один существенный минус: для программирования используются довольно старые и специфичные языки описания цифровой аппаратуры Verilog и VHDL. Это осложняет вхождение новичка в FPGA и для работодателя найти специалиста с этими специфичными знаниями на рынке труда сложно. С другой стороны популярный высокоуровневый язык программирования Python с фреймворком MyHDL делают программирование FPGA простым и приятным. Тем более людей знающих Python на порядок больше специалистов владеющих Verilog/VHDL. Серией статей я хочу показать как легко и просто войти в область FPGA зная Python и начать делать настоящие сложные FPGA проекты на этом языке.