小尺寸FPGA如何發(fā)揮大作用

作者簡(jiǎn)介：

Bob O’Donnell是市場(chǎng)研究公司TECHnalysis Research的總裁兼首席分析師，該公司為技術(shù)行業(yè)和專業(yè)金融領(lǐng)域提供戰(zhàn)略咨詢和市場(chǎng)研究服務(wù)。

與許多類型的器件一樣，人們很容易陷入這樣的誤區(qū)：大芯片比小器件更好，更有影響力。然而，就FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）而言，更小的芯片往往具有最大的應(yīng)用范圍和影響力。

小型FPGA廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備、應(yīng)用和行業(yè)，因?yàn)樗鼈兡軌蚩煽康貓?zhí)行對(duì)許多不同類型智能系統(tǒng)的快速運(yùn)行至關(guān)重要的關(guān)鍵功能。同時(shí)由于其可編程的特性，它們可以很容易根據(jù)不同類型設(shè)備的特定要求進(jìn)行定制。

萊迪思半導(dǎo)體公司多年來(lái)一直在開(kāi)發(fā)小型FPGA的獨(dú)特功能，并圍繞這些功能建立了年收入約5億美元的業(yè)務(wù)。最近，該公司推出了小型FPGA架構(gòu)的第二代版本。全新萊迪思Nexus? 2平臺(tái)采用16nm TSMC FinFET工藝，具有較小工藝節(jié)點(diǎn)帶來(lái)的若干重要優(yōu)勢(shì)。特別是，與其他供應(yīng)商的競(jìng)品相比，基于Nexus 2的芯片能夠以最佳的功率和更高的速度運(yùn)行，而且物理尺寸更小。

此外，萊迪思還在Nexus 2平臺(tái)中集成了更多更快的連接方案和增強(qiáng)的安全標(biāo)準(zhǔn)支持。在連接性方面，Nexus 2通過(guò)集成PCIe Gen 4控制器支持多協(xié)議16G SERDES，MIPI D和C-PHY速度高達(dá)7.98 Gbps。該平臺(tái)還支持使用高速LPDDR4存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)更快的整體系統(tǒng)性能。

在安全性方面，Nexus 2支持256位AES-GCM和SHA3-512標(biāo)準(zhǔn)，并符合FIPS 140-3 Level 2標(biāo)準(zhǔn)，所有這些都意味著采用該芯片的設(shè)備可以在敏感和關(guān)鍵任務(wù)環(huán)境中擁有更強(qiáng)的安全性。此外，由于此類FPGA通常用于壽命較長(zhǎng)的設(shè)備中，因此Nexus 2平臺(tái)已為后量子時(shí)代做好準(zhǔn)備，大大減輕了系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的壓力，因?yàn)樗麄冎肋@些設(shè)備甚至可以應(yīng)對(duì)未來(lái)潛在的安全挑戰(zhàn)。

Nexus 2平臺(tái)的首款器件是萊迪思Certus?-N2系列通用FPGA，目前萊迪思的許多客戶都已收到樣片。此外，萊迪思還升級(jí)了萊迪思Propel和萊迪思Radiant設(shè)計(jì)軟件工具，以支持這些新的芯片，便于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員就根據(jù)他們的特定需求進(jìn)行定制。

在這些新功能加持下，Certus-N2芯片將能夠在現(xiàn)有應(yīng)用中提供更高的性能，為新應(yīng)用提供一系列機(jī)遇。例如，在實(shí)際應(yīng)用中，功耗比同類產(chǎn)品最高降低3倍，這意味著新器件功耗更低、運(yùn)行更可靠，而且在電池供電的環(huán)境中，運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)。

新平臺(tái)的性能提升體現(xiàn)在多個(gè)方面。首先，SERDES、DRAM、閃存和PCI之間更快的帶寬連接使系統(tǒng)能夠更高效地工作，并與更高數(shù)據(jù)速率的外設(shè)連接。這也是Nexus 2 FPGA的啟動(dòng)速度比某些競(jìng)品快得多（高達(dá)20倍）的關(guān)鍵原因。

由于FPGA通常在傳感器和計(jì)算之間扮演中間人的角色，并在更大的系統(tǒng)中提供互連點(diǎn)，因此這些新功能為新應(yīng)用創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。例如，在采用分區(qū)架構(gòu)的現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中，這些分區(qū)之間需要快速、可靠的互連。此外，當(dāng)汽車行駛時(shí)，Certus-N2幾乎可以瞬間喚醒，在響應(yīng)外部觸發(fā)數(shù)據(jù)方面可發(fā)揮巨大作用。在使用高速電機(jī)控制機(jī)器人的環(huán)境中（如制造業(yè)），類似的應(yīng)用也成為可能。

Nexus 2的其他主要架構(gòu)優(yōu)勢(shì)包括：可定制邏輯單元的數(shù)量是第一代Nexus器件的2倍，DSP核心的數(shù)量是第一代的3倍多，最多可達(dá)520個(gè)。這些功能加在一起可以運(yùn)行更先進(jìn)的算法，為提高邊緣推理應(yīng)用（如人或物體存在檢測(cè)、圖像或音頻識(shí)別等）的準(zhǔn)確性和速度提供了可能。

雖然這些應(yīng)用可能不像當(dāng)今最新GPU那樣廣受關(guān)注，但小型FPGA所處理任務(wù)的關(guān)鍵性質(zhì)使其成為當(dāng)今眾多設(shè)備中絕對(duì)不可或缺的一部分。控制啟動(dòng)過(guò)程、將傳感器連接到計(jì)算中心、運(yùn)行時(shí)間敏感的專用算法，以及更多小型FPGA能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，都是先進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行的核心。

隨著當(dāng)今先進(jìn)設(shè)備不斷使用各類高級(jí)功能，對(duì)支持這些基本操作的芯片的要求也在不斷提高。因此，提升Nexus系列小型FPGA的性能，是為下一代先進(jìn)系統(tǒng)提供動(dòng)力的重要一步，也是影響深遠(yuǎn)的一步。