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        16 nm FinFET+技術(shù)帶來FPGA的巨大變革

        2015-03-25 14:17:15薛士然
        關(guān)鍵詞:制程晶體管存儲器

        本刊記者 薛士然

        16 nm FinFET+技術(shù)帶來FPGA的巨大變革

        本刊記者 薛士然

        Xilinx的20 nm FPGA器件于2014年12月底實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn),僅僅兩個(gè)月之后,Xilinx宣布推出了其 16 nm UltraScale+系列FPGA、3D IC和MPSoC,憑借新型存儲器、3D-on-3D和多處理SoC技術(shù),這一系列產(chǎn)品將為客戶帶來更多的價(jià)值。

        據(jù)Xilinx公司全球高級副總裁、亞太區(qū)執(zhí)行總裁湯立人介紹,此次推出的16 nm UltraScale+系列產(chǎn)品主要面向五大應(yīng)用:LTE Advanced、早期5 G無線、Tb級有線通信、汽車駕駛員輔助系統(tǒng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,這五大應(yīng)用都需要較高的性能功耗比、集成性與智能化和保密性、安全性與可靠性。

        UltraScale+中的諸多首創(chuàng)

        UltraScale+系列采用臺積電的16 nm FinFET+技術(shù),故而對晶體管的漏電流控制得比較好,所以性能提高很多,單就平面提升而言,UltraScale+FPGA系統(tǒng)的系統(tǒng)級性能功耗比就提高了2倍,MPSoC系統(tǒng)級性能功耗比提升了約5倍。

        據(jù)湯立人介紹,一個(gè)20 nm的Xilinx SoC上就已經(jīng)集成了190億個(gè)晶體管,進(jìn)入到16 nm制程,高集成度已經(jīng)無需置疑,而且UltraScale+還采用了3D-on-3D技術(shù),即將3D晶體管和3D IC相結(jié)合,這在業(yè)內(nèi)還是首創(chuàng)。Fin-FET相比平面晶體管實(shí)現(xiàn)的性能功耗比已經(jīng)是非線性提升了,再加之3D IC相比單個(gè)器件實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)集成度和單位功耗寬帶也是非線性提升,兩個(gè)非線性提升疊加,得到的性能提升就是非??捎^的,而且同時(shí)還降低了成本。

        智能化的標(biāo)簽從UltraScale+開始就出現(xiàn)在了FPGA上,Xilinx的SmartConnect是一種新型的FPGA互聯(lián)優(yōu)化技術(shù)。UltraScale架構(gòu)通過重新架構(gòu)布線、時(shí)鐘和邏輯結(jié)構(gòu)能夠解決芯片級的互聯(lián)瓶頸,SmartConnect則通過應(yīng)用互聯(lián)拓?fù)鋬?yōu)化滿足特定設(shè)計(jì)的吞吐量和時(shí)延要求,同時(shí)還可以縮小互聯(lián)邏輯面積。SmartConnect還能智能連接不同接口類型,能夠根據(jù)特定應(yīng)用要求匹配合適的互聯(lián)方案。

        在UltraScale+MPSoC中,Xilinx將應(yīng)用處理、實(shí)時(shí)處理、圖形處理、電源管理、存儲器、可編程邏輯器等模塊集成在一起。通過虛擬化支持可提供32位到64位的處理器可擴(kuò)展性,軟和硬引擎的結(jié)合實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制、圖形/視頻處理,把波形和包處理與新一代互聯(lián)和存儲器、高級電源管理及其他技術(shù)增強(qiáng)功能相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同等級的安全性與可靠性。通過在MPSoC上部署UltraScale+FPGA技術(shù),不僅實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)多處理,而且還實(shí)現(xiàn)了“為合適任務(wù)提供合適引擎”。其單獨(dú)的安全單元可以實(shí)現(xiàn)軍事級的安全解決方案,如安全啟動(dòng)、密鑰與庫管理和防破壞功能等,這都是設(shè)備間通信以及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)要求。

        UltraRAM這一新的存儲器技術(shù)的應(yīng)用,解決了影響FPGA和SoC系統(tǒng)性能和功耗的最大瓶頸之一。利用這項(xiàng)新技術(shù)能創(chuàng)建用于多種不同應(yīng)用場景的片上存儲器,包括深度數(shù)據(jù)包和視頻緩沖,實(shí)現(xiàn)可預(yù)見的時(shí)延和性能。工程師通過集成大量嵌入式存儲器與相關(guān)處理引擎,不僅能實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)性能功耗比,還可降低材料清單(BOM)成本。UltraRAM可以提供多種配置,容量最大可擴(kuò)展至432 Mb,這一技術(shù)的應(yīng)用對于8K/4K的視頻應(yīng)用非常有意義。

        工程師更關(guān)心16 nm以外的東西

        Xilinx UltraScale+系列產(chǎn)品采用16 nm工藝制程,頗具有話題性,但是湯立人客觀地說:“其實(shí)采用什么樣的工藝或者多么先進(jìn)的制程,這并不是工程師所關(guān)心的,他們只關(guān)心該如何來使用的問題?!?/p>

        湯立人表示,很多客戶原來是開發(fā)ASIC的,轉(zhuǎn)到開發(fā)FPGA還是有難度的,Xilinx非常了解這一點(diǎn),因此使用Xilinx的產(chǎn)品做開發(fā)設(shè)計(jì),公司會提供一個(gè)設(shè)計(jì)流程(即UltraFAST),工程師只需要按照流程一步一步開發(fā)就可以了,最后做出來的產(chǎn)品方案都是非常好的,而且Xilinx提供專門的開發(fā)工具Vivado,幫助客戶實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速開發(fā)。在軟件工具之上,還有一個(gè)應(yīng)用,會告訴工程師如何去做存儲,如何去處理數(shù)據(jù),而且工程師開發(fā)的每一步都會有一個(gè)模擬測試和認(rèn)證,只有成功了才可以進(jìn)行下一步開發(fā),避免發(fā)生前功盡棄的情況。

        對于客戶來說,他們拿到芯片做開發(fā)的時(shí)候,完全不需要考慮里面處理器之間是如何工作的、信號是如何跳轉(zhuǎn)的,因?yàn)檫@個(gè)芯片對工程師來說完全是透明的,他們只需要使用Xilinx提供的工具進(jìn)行開發(fā),這樣既降低了開發(fā)難度,又加快了開發(fā)速度。

        湯立人還表示,采用16 nm的UltraScale+產(chǎn)品系列是應(yīng)用定制型的,公司未來會根據(jù)不同的應(yīng)用推出加入不同模塊的產(chǎn)品型號。在16 nm系列產(chǎn)品推出以后,28 nm、20 nm的產(chǎn)品還會繼續(xù)推廣,畢竟不同的應(yīng)用需要不同的產(chǎn)品來開發(fā)。

        16 nm FPGA來了,你準(zhǔn)備好了嗎?

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