Verilog會被淘汰嗎?

04-19

現在hls越來越強大，hls有什麼Verilog做不到的事情嗎，Verilog大家認為是否會被淘汰呢，我現在一直在用Verilog做FPGA和asic，慌得一匹。。

HLS也做了很多年了，在FPGA領域甚至還有一些應用，但是在ASIC領域還主要是Verilog，而且主流的ASIC設計EDA廠商也不會很積極支持，與其說HLS替代，還不如說Chisel更有可能，不過還是面臨主流EDA廠商是否積極支持問題。

Chisel這樣用直接生成Verilog的方案，對於一些特定功能的IP可以使用，經過驗證過的可以縮短晶元的開發周期，而且主流的EDA工具後續的開發流程也完全適用。Chisel家族也更接近硬體的設計思維方式。

Chisel在RSIC-V上風光了一把，但是對於傳統的ASIC設計流程，目前各種方法學，已經非常完善了，ASIC設計更像是一種模式設計，從功能制定到最終流片及驗證，完全遵循業內公認的設計方法學，晶元必然能夠成功。

直接打破積累了多少年的開發流程和經驗，還有前人踩過了那麼多的坑。當然是很難了。要說替代，我更願意相信是Chisel這類的HDL語言，Chisel不是未來，也至少是未來的一站。

Chisel家族還有一個叫Spinal HDL的，文檔也非常完善。可以了解下。是一個工程師開發的，和高校出品的Chisel還是有些不同的，更偏向工程化思維。

Welcome to SpinalHDL』s documentation!?

spinalhdl.github.io

關於Spinal HDL我還裝了下環境，跑了一個demo，發出來可以一起看下。

https://ninghechuan.com/2020/05/08/2020-5-9-SpinalHDL%E5%AD%A6%E4%B9%A0%E7%AC%94%E8%AE%B0/?

ninghechuan.com

看到有朋友用HLS和Verilog的比較來類比C語言和彙編語言，個人認為這樣的類比不是很合理，C語言和彙編語言的關係，應該是Verilog和門級網表/手繪數字電路圖來類比比較。HLS/Chisel/Spinal HDL和Verilog的關係，用Python和C語言的關係比較，是不是更形象一些？

對於HLS，個人感覺目前頂多在FPGA行業會有一定的發展，畢竟Xilinx、Intel都在大力推自家的HLS(比如Xilinx最新的VItis),但對於ASIC行業，主流肯定還是Verilog，畢竟對於ASIC開發流程而言，RTL設計周期並不長，而HLS這種東西面積和性能太不可控了(因人而異)，所有的優化都依賴於編譯器，生成的RTL代碼萬一有坑就迷茫了。

而對於Chisel、SpinalHDL，個人認為絕對是一個真正的數字電路描述的發展方向，在面積和資源與手寫Verilog無差的情況下，開發效率天上地下(不到一百行代碼實現一個帶行緩衝期的Sobel邊緣檢測演算法實現，代碼如偽代碼一般，可讀性相較於Verilog好的不止一點半點)。當然這個東西由於是基於Scala的，而且需要一點面向對象的編程基礎，對於純硬體和邏輯出身的人來講入門有一些難度，但入門掌握後你會放棄Verilog的。有想對SpinalHDL了解的小夥伴可以關注本人公眾號「似猿非猿的FPGA」。

2021.1.1追更：

趁著假期把近半年筆記整理匯總下，歡迎交流

從Verilog到SpinalHDL?

mp.weixin.qq.com

題主是不是看到這個回答害怕了：

以後hls是否會替代Verilog成為主流FPGA編程語言？?

www.zhihu.com

這是我之前用小號的回答，也沒想到會惹來這麼大的爭議... 別慌，這不是搶飯碗預警。先說結論：

Verilog 暫時不會被淘汰，而且也不會被 HLS 淘汰，但是我之前的答案依然成立。

對於題主的疑惑，我來澄清一下，總共三點，先說說硬體設計工作的要求，再談談 Verilog 會不會淘汰，然後再來和大家分享一下高層次綜合（HLS）對於 Verilog 的意義。

硬體工程師的吃飯本領

從核心來說硬體設計的工作大部分是設計而不是實現。設計電路的工作，看得是工程師對電路原理的理解，比如如何設計狀態機，定製內存結構，流水線和位寬優化。這些知識都是要從本科最基礎的知識，電阻電容電感那些，開始積累的。在那之後，工程師才開始通過編程實現硬體結構。同理，之後模擬或者驗證的工作，大多數時間和精力也是花在設計的地方。

假如有一天 Verilog 真的被淘汰了，但是硬體的設計原理是不會被淘汰的。工程師只需要再掌握一門取代它的語言就可以了，設計過程換湯不換藥。就好比有一天 J 語言被淘汰了，大家都用 W 語言來寫代碼，對 J 語言的職業玩家來說也不算天塌下來了吧。只需要學習如何在 J 里做平時 W 里做的優化好了，優化原理是不會變的。所以很多時候學習 Verilog 其實還是在學習硬體優化，所以大家覺得難，如果對電路很熟悉，上手還是很快的。我玩了一年 VHDL 以後，學 Verilog， Chisel， HLS 的時候，電路設計的核心觀念都是沒有變的。晶元技術還是那個技術，底層電路都是不變的，只不過是寫法變了。這一部分的重要性在量子計算到來前基本不會變。

註：本來想舉例說 Python 取代 C 的，但是取代不了... 還是用簡單的 J 和 W 吧。

Verilog 會被淘汰嗎？

前面說了設計是硬體設計的核心，Verilog 則是實現硬體結構的手段。那麼 Verilog 是否被淘汰，取決於它是否在硬體設計方面的有一個最優店。如果有一天 Verilog 在各方面都不佔優，那麼它就該被淘汰了。但是今天的 Verilog 沒有被淘汰，說明目前還是沒有語言在編寫上比 Verilog 更方便，並且可以覆蓋 Verilog 所有功能的。

那麼 Verilog 會被淘汰嗎？這要看如何定義淘汰吧，Verilog-95 不就被 Verilog 2001 淘汰了，然後 2001 被 2005 淘汰了，然後 SystemVerilog 出來了... 所幸區別不大，也被大家看成是同一種語言。【VHDL 愛好者這裡還是要推一下 VHDL，最新的標準都更新到 2019 年了：VHDL-2019: The Users Standard】

據我所知，ARM 內部都是已經用 SystemVerilog 編寫了（如果你覺得 SystemVerilog 不算 Verilog，那麼 Verilog 已經逐漸被淘汰了），顧名思義，系統化編程，SystemVerilog 可以和驗證端代碼相結合，做模擬或者驗證會比較方便。

未來 Verilog 能被其他非 Verilog 系的語言取代則需要兩個條件：1）Verilog 標準長期不更新，功能不拓展；2）其他語言標準功能覆蓋和追趕速度都超過 Verilog 本身。目前真的能說是對手的也只有 VHDL，但是還是有輸有贏。

HLS 會不會是取代 Verilog 的編程語言？

高層次綜合（high-level synthesis，簡稱 HLS）是一種可以把高級語言自動轉化成底層硬體描述語言的綜合手段。這裡的高級語言，不單單是 C/C++，Python，也可以是其他語言，比如 Coq，Java。那麼我們回到之前給出 Verilog 被淘汰的條件，目前大多數 HLS（據我所知是所有，但是我也不敢說）都不能完全覆蓋 Verilog 的功能，暫時不會去威脅到 Verilog 的地位。

好了，接下來我來說明一下為何我之前的答案依舊成立。Verilog 主要是作為在設計硬體的工作上的編程語言，而硬體設計，則主要分為兩個方面，可編程晶元，比如 FPGA，和完全定製化硬體，比如 ASIC。我一直很看好用現在的 HLS 替代 Verilog 在 FPGA 上編程，但是認為現階段的 HLS 在替代 Verilog 在 ASIC 設計上的地位還有很多路要走。

此處的 FPGA 不是用於 ASIC 的測試，而是用於在雲上供軟體工程師進行高性能計算，比如微軟的 Catapult。在雲計算這一塊，因為開發時間極短的原因，可以使 HLS 和手寫 Verilog 在性能上的差距被忽略不計。比如我就想跑一個高級語言寫的大工程，運行個幾次，我不可能造一塊 ASIC 晶元；我會選擇租個伺服器跑，那麼這個伺服器里可能不是 GPU 而是 FPGA，那麼 HLS 來寫就很方便。

而在 ASIC 領域，因為粒度控制不足，所以晶元面積會相對來說比手寫 Verilog 大一點，性能相差無幾。如今的門電路成本在晶元製造行業相較於幾年前還是比較廉價的，有些廠家也願意犧牲這部分的成本來換取更短的開發時間。隨著後期計算機結構的穩定，逐漸 IP 化，這部分的差距會逐漸縮小，目前還需要時間積澱。

很多朋友用 Chisel/Bluespec 打壓 HLS，我在這裡小提一下。相較於 HLS，這些定製語言（domain specific language，DSL）雖然不是很完善，在學術界確實也是比較熱門的工具。不過我覺得還是不至於到說晶元必然成功，這一點也在今年的 PLDI2020 的一篇論文點到了，因此它們提出了 LLHD（有機會我會另外細說）。而且最重要的一點，它們需要電路原理之外的學習成本去掌握這項語言。所以它們替代 Verilog 也不是不可能，但是 DSL 和 HLS 的出發點不一樣，是可以共同存在的。

近幾年是 HLS 突飛猛進的風口。機器學習的推進造成了定製硬體結構（domain specific architecture）的重要性，Google 提出了 MLIR 框架來構建一個完整的生態。而這可能將對 HLS，以及一切高性能計算相關的編譯器帶來革命性的變化（當然，之後也是被可能打腫臉的）。

我對未來的展望是，Verilog 的從業者十年後會主要從事單個 IP 的設計，而整個系統設計，則會是用 HLS 來完成（編譯器會自動實現替換 IP）。我看到有答案把 HLS 和 Verilog 比做是 Python 和 C，我是不同意的：HLS 想要實現硬體結構必須要先生成 HDL，運行 Python 需要必須要轉換成 C 語言嗎？

最後，時代總是在進步的，就像你不可能擁有一台永遠不會被淘汰的電腦，習慣與時俱進就好了。更何況編程語言的迭代周期是很長的，如果真的擔心未來發展太快，可以考慮直接去學最新的量子計算...

打得匆忙，有問題的話歡迎大家指正，謝謝。

我很希望它被淘汰，這可能是我見過的除了彙編之外編碼效率最低的語言了。從業界來看，很多工程師還是秉持著verilog或VHDL，甚至連system verilog引入的優秀特性都不願意嘗試。個人感覺業界風氣不是很好。

但是取代verilog的也不會是HLS，HLS還是太局限了，很多並行性很強的硬體行為是不能用C語言這種順序執行的模式來描述的，即便是廠商引入了非常多的pragma。試想一下用HLS寫一個五級流水線的MIPS CPU……對於硬體工程師來說，pragma終究還是軟約束，綜合工具犯蠢的時候pragma也沒用。但HLS也不是一無是處，它給軟體工程師提供了一個快速上手的通道，給硬體開發人員提供了快速驗證和迭代的方式。它在一些Dataflow的優化還有流水級的劃分上是要比人來得細緻的，因為有明確的數學模型指導。

————以下瞎扯————

Chisel以及bluespec也許是更好的選擇，但是這兩個我都沒用過，有時間還是想學習一下的。但是Verilog距離被淘汰還遠的很。這個問題可以用軟體的編程語言來類比。越是高級的語言效率越低，從彙編到C到python。但是算力越來越便宜，人們越來越關注如何實現更複雜的功能而不是更快的代碼。一些標準化的東西固化下來成為高級語言的基礎設施。現在來看，verilog裡面有些東西是可以固化的，比如乘法器和加法器。但是硅始終都還是太貴了。FPGA還好，但對於大一點的設計，FPGA也不便宜。大家還是需要去摳硬體的細節。

看應用領域，有些領域註定要求短平快，能用就行，有些領域需要電路層優化，一分錢一分錢扣成本