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半导体ROI挑战加剧,FPGA能否“扭转乾坤?”

老墨?? 2015年11月04日 ?? 收藏1
“开发成本居高不下,半导体经济面临越来越大的ROI(投资回报率)挑战,高级ASIC/ASSP开发很难获得ROI,而FPGA的技术优势每一代都在继续扩大。”这是Altera公司全球产品营销资深总监Patrick Dorsey在今年Altera技术大会北京站的开场白。

FPGA技术优势随着工艺节点的演进在不断扩大?

对于高级ASIC/ASSP开发而言,目前面临着两难的抉择:停留在老节点上,竞争力下降,难以赢得设计;发展到高级节点,却会带来更高的ROI,特别是在28nm之后,ROI的挑战会进一步加剧。

图1 系统的总体框图

面临先进工艺延伸所带来的挑战,FPGA有哪些优势?Partrick介绍说,首先在工艺节点上FPGA一直处于领先地位——目前主流的ASIC设计是65nm,而Altera的FPGA已经开始向10nm演进,工艺上的优势弥补了以往FPGA在成本、功耗和性能上与ASIC的差距。而另一方面,FPGA产品在设计理念上的进化和创新,也为FPGA带来更强的竞争力,其中最重要的就是SoC FPGA产品的出现。

图1 系统的总体框图

Altera在SoC FPGA中集成了处理器、DSP以及其他的硬件单元,使其兼具通用处理器的灵活性和ASIC/ASSP的高效率,从而能够适应更多应用开发的需要。Partrick表示,这也是Altera不断向新市场领域渗透的信心所在。

图1 系统的总体框图

迄今为止,Altera引以为傲的第十代最新的FPGA和SoC产品,包括采用台积电55nm工艺的低成本非易失FPGA MAX 10,采用台积电20nm工艺的中端器件Arria 10,以及采用Intel 14nm工艺的高端器件Stratix 10。

其中,Stratix 10作为Altera史上最先进的产品系列,采用了全新的HyperFlex架构,该架构在所有的布线段上增加了超级寄存器,减少了关键通路,使得速度的提升达到2倍以上。

其次,工艺上的提升是Stratix 10的另一个特别之处。除了在前道工艺上采用了Intel最先进的14nm三栅极工艺以外,Stratix 10还在封装上采用了异构3D SiP工艺。该工艺基于Intel的嵌入式多管芯互联桥接(EMIB)技术,在一个封装中,可以通过EMIB与更多的互联块(Connectivity Tiles)连接,让器件具有灵活性,能够不断扩展功能,快速适应市场的需要。此外,Stratix 10集成了安全管理器(SDM),具备了物理不可克隆功能,支持用户开发可定制的多层安全解决方案。通过诸多的创新,Stratix 10实现了内核性能提升2倍,主频达到1GHz,功耗降低70%,同时在安全性上也有更突出的表现。

直观上来讲,Stratix 10能带来哪些性能上的提升?Partrick举例说,在数据中心应用中,以往需要5片Stratix V FPGA实现的性能,现在由1片Stratix 10就可以实现,而且功耗方面可以从120W降低到44W,优势非常明显。

FPGA如何满足工业市场的需求与挑战?

全球工业市场近年来持续增长,根据市场研究显示,半导体公司在该市场的成长幅度约为7%,而Altera平均成长幅度为10%,高出行业平均水平。

Altera公司亚太区工业、医疗和测试业务部首席经理兼市场开发经理 Elmer Chiang表示,全球工业市场成长的动力来自三大因素:首先是效能利用率,这要求在节能减排、降低成本方面继续努力;其次增长的重点来自生产制造中生产力的提升,这包括产品的可靠度、稳定度,产线的运作时间和生命周期;第三就是工业物联网,在工业领域现在更强调M2M,即机器对机器的物联网。

在该领域,FPGA面临的挑战主要来自四方面,首先用户最关注的是产品的生命周期是不是能够长达15年甚至20年以上;其次,用户在新的项目中,不希望改变原有的硬件设计,希望通过可编程的设计提升产品效能;第三,方案的整体成本要降低;第四,客户希望不断缩短开发周期,加快产品面世速度。

面对上述需求,Altera首先要求自身器件的可靠性;其次,注重开发平台的易用性,同时能够满足软件工程师和算法工程师不同的需求;第三,提供真正接近市场需要的参考设计。

Elmer Chiang以自动化系统为例,谈到了Altera所看到的一些发展趋势。他表示,自动化系统的核心部分首先是PLC,PLC模块集成的越多,功能越强,系统也就越高端;其次,PLC与HMI相互配合,现在很多PLC开始集成HMI,HMI也内含PLC,这是一个明确的市场趋势;第三,要支持很多工业以太网协议,从而实现无缝的互联;第四,要在云端把信息进行加密,实现功能安全。

Altera已经可以提供符合上述要求的单芯片解决方案,并与意大利的第三方公司合作开发出面向工业4.0的PLC设计。由于人工成本提升,工厂大量使用机器人是未来的趋势,因此机器人也是未来智能工厂中最关键的技术。

Altera基于Cyclone V SoC单芯片就可以实现四轴控制,它兼容各项主要联网协议,同时具备高安全功能。目前,Altera还在针对工业自动化的发展趋势,持续提供更加全面、完整的参考设计。

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第2页:披露与Intel未来的几种可能


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FPGA? 工艺节点? Stratix 10?

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