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后28nm时代FPGA寻求架构软件变革

EDN China?? 2011年04月27日 ?? 收藏0

  FPGA可谓摩尔定律最坚定不移的“执行者”,FPGA供应商争抢技术制高点的战火蔓延到了28nm工艺节点一年有余,进程亦不断“提速”。赛灵思(Xilinx)于近日公开展示了已经开始出货的全球第一批28nm Kintex-7 FPGA样片和评估板。

  多重创新拓展应用

  与28nm“接轨”并不如想象中的那么容易,高性能和低功耗必须有所取舍,而Altera和赛灵思的选择是“各执一端”。Altera 28nm系列产品采用两种不同的工艺——高端FPGA系列选用高性能(HP)工艺,中低端系列产品选择了低功耗(LP)工艺。因为Altera认为客户更需要高性能,并且高性能和低功耗不能同时兼顾。而赛灵思采用了最新的高K金属栅极(HKMG)高性能低功耗(HPL)工艺。赛灵思高级副总裁、亚太区执行总裁汤立人表示,低功耗是设计趋势,单纯追求高性能已无意义。HPL工艺能够有效地管理静态功耗,静态功耗比前一代降低了50%,同时还能提高容量和系统性能。汤立人还提到,采用HP工艺对性能的提升显得微不足道,而与功耗的大幅度增加相比,反而会使工程师在设计中把许多精力放在功耗和散热问题上。

  工艺仅是总体

性能和功耗平衡取舍的一个方面,功耗与性能与众不同的出色表现则依赖于各种架构创新。HPL工艺的“成效”在于降低静态功耗,赛灵思还利用架构的创新如智能时钟门控制、可重配置技术等降低动态功耗约50%。记者在现场演示中看到,赛灵思6系列产品中Virtex-6的静态功耗为1.5瓦,动态功耗为3.5瓦;而Kintex-7的静态功耗为0.5瓦,动态功耗仅为2瓦。

  并且,赛灵思28nm产品的另一创新之处还在于7系列3个子系列高端Virtex-7、中端Kintex-7和低端Artix-7都采用了统一架构。汤立人介绍,针对如逻辑结构、DSP切片、时钟技术等在内的构建块,Xilinx的独特列状技术可进行不同比例的组合创建4个全新的FPGA系统,客户因而能减少此系列的移植工作,从而降低开发及部署成本。这个统一的架构基于Virtex-6,3个子系列高中低端之间的转换可以随时进行,设计方案可根据需要收放。

  此外,高端Virtex-7部分器件还将采用与TSMC共同开发的堆叠硅片互联技术。这一创新技术采用了先进的3D封装方法,以更小的芯片实现了同等甚至超越了最大单芯片FPGA所能提供的带宽和容量。

  从应用来看,赛灵思的7系列产品将FPGA推向了更广阔的市场,进一步抢夺了ASIC的地盘。例如,Artix-7除了能适应便携超声波设备的需求,还能满足数码单反相机的应用;同样,Kintex-7和Virtex-7也将FPGA的应用疆域再度拓宽:Kintex-7系列除了满足大批量10G有线通信设备所需性能,支持LTE无线网络部署,还能满足3D显示器的功耗和成本要求、下一代广播视频点播系统的性能和带宽;Virtex-7器件除了支持新一代有线接入设备,还支持高级雷达系统和高性能计算机系统。

  目前首批已经开始交付样品芯片的型号为Kintex-7 K325T。Kintex-7器件将同赛灵思ISE 13设计套件、AMBA 4高级可扩展接口(AXI)总线协议兼容IP和目标参考设计一并提供。汤立人表示,通过兼容行业标准,7系列即插即用的IP让工程师的开发过程更快。Virtex-7 FPGA 485T和容量高达200万个逻辑单元的2000T样片将分别在今年的8月份和11月份开始发货,Artix-7 FPGA样片将会在2012年第一季度开始发货。

  寻求新变革

  FPGA一再仰仗新的工艺节点实现性能的提升,从90nm、65nm、40nm再到28nm的“存活周期”不断缩短,28nm时代的到来是否预示着20nm在“招手”?赛灵思给了我们一个意想不到的答案。

  汤立人表示,一是在28nm之后的工艺节点,存储和模拟部分将更难实现,因此软件变得更加重要,赛灵思通过收购AUTOESL设计公司,加速FPGA设计由组件级的HDL语言上升到C、C++和MATLAB等系统级语言,显著降低FPGA的设计门槛,并让软件工程师也能尽快掌握FPGA的硬件设计流程。
  二是FPGA也会向其他方向发展,比如与ARM核集成拓展嵌入式应用市场。赛灵思最近推出的将FPGA与ARM核集成的可扩展平台“Zynq系列”即是一例。赛灵思亚太区市场与应用总监张宇清介绍,FPGA跟ARM的连接架构专门采用处理器与FPGA定制的标准架构,这一架构的优势体现在可实现3000个内部互连,带宽可达到100Gbps。Zynq系列还带了760个DSP引擎,性能超过910GMAC。以前FPGA是硬件可编程,有了Zynq系列,可通过ARM实现软件编程,因而Zynq系列将可广泛应用于智能视频监控、汽车驾驶员辅助系统、工控等2014年市场总值


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