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功耗可编程系列赛灵思:多重创新技术引领28nm潮流

赛灵思公司亚太区销售及市场总监张宇清

从2010年初可编程领域首次超越CPU企业率先宣布进入28nm工艺节点开始,可编程平台的领导厂商赛灵思公司就没有让28nm的舞台冷场过,尤其是今年3月率先交付全球第一个28nm芯片—Kintex7325T,6月再次交付Virtex-7485T所展示的强大的执行能力,不仅让其从竞争中脱颖而出,而且也让关注工艺进步和设计创新的整个电子行业对28nm的广泛应用充满期待。

多重创新应对三大挑战

进入28nm不仅只是工艺的提升,重要的是要解决阻碍FPGA进一步发展的三大挑战:首先是功耗的挑战,其次是提高系统的集成度,第三是提高设计效率。

赛灵思公司亚太区销售及市场总监张宇清对记者表示,过去一年中,赛灵思在28nm方面有很多前所未有的创新:功耗上降低了一半,和最接近的竞争对手比则降低了30%;尺寸上更小,电压降低到0.9伏~1伏,性能并没有减少;成本平均比上一代下降50%。

降低功耗是赛灵思28nm产品的首要目标。“客户的反馈也表明降低功耗是他们第一考虑的问题,因此也成为我们28nm研发最重要的课题。”张宇清说。赛灵思针对功耗进行了很多创新,从静态功耗、动态功耗和I/O功耗三个层面多重降低系统的整体功耗。张宇清介绍,降低静态功耗主要是通过工艺技术来实现的。赛灵思在工艺选择上,没有选择传统的高性能(HP)和低功耗(LP)工艺,因其产能风险比较大,良率不容易满足,且不能同时兼顾高性能和低功耗。赛灵思和台积电一起研发的28nm高介电层金属闸(HKMG)采用高性能低功耗工艺(HPL),在两种传统工艺上取得平衡,在性能上和HP相比没有太多差别,但功耗却降低了一半多。此外就是在设计的时候用不同的氧化层厚度电极管,这样功耗会更加优化。

“在动态功耗上有很多线路设计的方法,包括时钟门控制、逻辑门控制、不带反转的逻辑临时断电,赛灵思通过工艺微缩、硬模块优化等来实现动态功耗的降低。”张宇清解释说,“在I/O功耗控制上,一般是双向使用的,但是当单向使用的时候,可以断掉另外一个方向的电——这完全是一个智能的优化环境。还有一些锁相环,不运行的时候也自动断电。此外,还有动态可重配置技术,在FPGA设计中,可以在局部进行实时的配置,有些模块不变的就固定,有些模块可以实时控制的在用完后跳入下一个模式,这样可以非常有效地降低功耗。”因此最后的结果是,I/O功耗降低了30%,动态功耗降低25%以上,静态功耗降低了65%,总体功耗降低了一半。

在提高集成度方面,赛灵思首次在FPGA中采用3DIC技术的堆叠硅片互联(SSI)技术,可以把不同工艺节点的芯片堆叠在一起。这种技术可以让40nm和28nm芯片堆叠,数字和模拟IC堆叠。凭借这一技术,赛灵思引领整个可编程行业一举超越摩尔定律。“以前采用金属线互联时存在延时大,占用I/O资源等弊端。SSI技术则是通过把芯片堆叠在中介层,用穿孔技术互联,这样就能将延时控制在一纳秒以内,且不占用I/O资源。而且硅中介层可以是65nm的,工艺非常低。此外,传统金属连线最多只能有1300多条连线,但堆叠硅片互联技术可达到1万多条。

”张宇清表示。

在提高设计效率方面赛灵思也不遗余力。赛灵思在开发业界第一个28nmFPGA平台的同时也改进了赛灵思ISE设计工具,最新版的ISE13.2专门针对7系列FPGA优化,实现了更快速的运行时间以及最多采用200万个逻辑单元的设计。赛灵思可在数小时内为一款7系列目标设计平台构建一个百分百可用的设计,并展现7系列器件的强大优势。“未来会有更多整合、更多集成,从布局、综合、布线、仿真到上板调试,如何优化工具的运行速度是很重要的,并且运行的时候要尽量少占用资源。在28nmFPGA产品,我们的运行速度提升了30%。以后百万逻辑门将可以控制在几个小时甚至一个小时之内,这是未来的目标。”张宇清指出。

这些前所未有的创新使赛灵思28nm产品在性能相当的前提下,功耗比上一代FPGA降低一半,成本平均比上一代下降50%。

Zynq系列助力FPGA进军嵌入式市场

赛灵思推出的将FPGA与ARM核集成的可扩展处理平台(EPP)Zynq7000系列,把FPGA推向了更广阔的SoC嵌入式应用市场。

Zynq系列集成了760个DSP引擎,性能超过910GMAC。并且FPGA跟ARM的连接架构专门采用处理器与FPGA定制的标准架构——AXI架构,其可实现3000个内部互联,带宽可达到100Gbps。而目前业界所采用的分立的FPGA和ARM的互联方案,其管脚非常有限,最多只能解决1300个管脚。Zynq的另外一个优势是,以前FPGA是硬件可编程,有了Zynq系列之后便可通过ARM实现软件编程,因而可让更多的设计工程师包括FPGA工程师、嵌入式工程师来使用。Zynq系列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年市场总值达127亿美元之巨的嵌入式市场。

张宇清最后提到,传统的FPGA市场规模达50亿美元,这一市场不会动摇,而嵌入式市场对FPGA来说是一个“蓝海”市场,Zynq系列将拓宽FPGA在嵌入式市场的应用,推动整个FPGA未来的成长。在产业链合作方面,赛灵思有着非常良好的第三方支持,全球有300多个合作伙伴,同时Zynq的推出也把ARM庞大的生态合作伙伴纳入到FPGA应用中来。可以预见,一个FPGA应用的新时代即将到来。

分销策略

安富利科汇中国区域总裁辜其秋

保持紧密合作抓住嵌入式增长点

赛灵思的Zynq可扩展处理平台(EPP)将双核ARMCortex-A9处理器系统与可编程逻辑和Hard-IP外设紧密集成在一起,提供了灵活性、可配置性和性能的完美组合。

该系列产品的推出,意味着赛灵思进入SoC嵌入式处理器市场。Zynq新型器件得到了工具和IP提供商生态系统的支持,将完整的ARMCortex-A9处理器片上系统(SoC)与28nm低功耗可编程逻辑紧密集成在一起,可帮助系统架构师和嵌入式软件开发人员扩展、定制、优化系统,并实现系统级的差异化。

鉴于安富利是赛灵思的全球战略合作伙伴,这也对我们提出了新的挑战和机遇。

我们需要为客户提供新的参考平台,让工程师尽快地熟悉Zynq的开发流程;同时我们需要紧密地保持和赛灵思的合作,确保我们的客户能够第一时间得到最充分的技术支持和产品更新。但是我们的付出是值得的,新的产品、新的领域将为我们带来新的生意增长点,并且渗透到嵌入式和FPGA的交叉领域,从而带来更多的机会。

拓展更多应用领域

通过在能效、性能/容量以及性价比方面的突破创新,28nm赛灵思7系列FPGA提供了前所未有的可扩展性和生产力,扩展了其目标设计平台战略,并让可编程逻辑扩展到更广阔的终端市场和应用。

赛灵思7系列FPGA建立在同一28nm工艺和行业惟一HPL统一FPGA架构之上,融高性能和低功耗为一体,使用范围从低成本系列到超高端系列,同时以最快的速度推出产品并支持速度等级、温度范围和封装共350种组合。

张宇清表示,7系列最主要的宗旨给客户三个P:第一个是产品(Product),第二个是生产效率的提高(Proficiency),第三个是性能(Performance),最高端7系列Virtex-7还是围绕这3个重点。Virtex-7系列产品将FPGA架构推到了全新高度,其串行I/O带宽达2.7Tbps,可提供96个速度高达28Gbps的串行通道。它支持400G桥接和交换结构有线通信系统,也支持高级雷达系统和高性能计算机系统,能够满足单芯片信号处理能力的要求以及新一代测试测量设备的逻辑密度、性能和I/O带宽要求。

“而Kintex-7FPGA提供了低功耗高性能的信号处理能力,适用于长期演进(LTE)无线电和基带子系统的实现。”张宇清介绍,“此外,Kintex-7FPGA不仅能帮助开发人员满足消费电子市场中高清3D平板显示器的成本和功耗要求,而且还可以提供支持新一代广播视频点播系统的IP视频桥接器所需的高带宽和性价比,以及便携式超声波设备所需的高性能图形处理能力,可以支持多达128个高分辨率通道。”

分销策略

科通数字技术(深圳)有限公司高级总监谢章立

利用28nm优势打好“组合拳”

业内有一个词语叫DDC(即创造应用),新的技术必将为我们创造更多的应用机会和更多的客户群体,针对新的技术我们代理商必须高瞻远瞩,基于新产品的优势发现更多的应用机会和目标市场,并针对目标市场制定相应的策略来进一步提高FPGA产品的市场份额。

赛灵思28nmFPGA系列产品包括:性价比最佳的Kintex-7、低功耗/低成本的Artix-7、性能和容量最高的Virtex-7。科通把握其低功耗的特点,致力于为客户降低设计成本,并且帮助FPGA应用到便携式产品中去,实现市场的扩展。利用28nmFPGA性价比高,且单位成本低的特点,ISEDesignSuite13有助于客户设计出高品质的产品并将其更快地投放到市场中。7系列FPGA目前使用灵活混合信号(AMS)提供数字范围以外的集成,为更复杂的模拟信号处理提供简单的模拟监控,从而帮助客户降低了系统成本、缩小了区域范围并增加了可靠性。

另外,赛灵思28nm产品的统一架构使客户在3个系列产品之间可以快速进行设计移植,保存了IP投资,加快了产品研发速度,还使得以后的IP移植更容易了,重新定义产品时能够轻松地采用原有设计积累。在7系列内部实现设计的可扩展性,设计可从Virtex-7扩展到Kintex-7再到Artix-7,设计者无需对每代产品进行重复的IP劳动。分销商利用这一优势,以不同比例组合,并针对不同应用进行了优化,从而满足客户从最低到最高器件密度和功能需求。

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