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美高森美如何打造中低端市場(chǎng)性價(jià)比最高的FPGA器件

2017-02-20 22:23:23 未知

點(diǎn)擊關(guān)注->創(chuàng)芯網(wǎng)公眾號(hào)，后臺(tái)告知EETOP論壇用戶名，獎(jiǎng)勵(lì)200信元

在短短三十多年里，FPGA從電子設(shè)計(jì)的外圍器件逐漸演變?yōu)閿?shù)字系統(tǒng)的核心，現(xiàn)如今各廠商更是著手產(chǎn)品的創(chuàng)新以適應(yīng)市場(chǎng)需求。但高性能、低功耗、低成本一直是FPGA廠商不變的追求。

致力于在功耗、安全、可靠性和性能方面提供差異化半導(dǎo)體技術(shù)方案的領(lǐng)先供應(yīng)商美高森美近日宣布推出一款業(yè)界最低功耗全新成本優(yōu)化的FPGA產(chǎn)品系列----PolarFire。一款優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品當(dāng)然要賦予他優(yōu)秀的名字。在發(fā)布會(huì)上，美高森美副總裁兼業(yè)務(wù)部經(jīng)理Bruce Weyer向媒體介紹了“PolarFire”名字的由來(lái)，“Polar為極地，象征最冷的地方，代表低功耗；Fire是火，能量的象征，代表高性能?！?Bruce解釋：“PolarFire是一款具備低功耗高性能的FPGA產(chǎn)品，目標(biāo)瞄準(zhǔn)中低端500K 以下的市場(chǎng)，專門(mén)針對(duì)寬帶和HetNet應(yīng)用，服務(wù)于國(guó)防、航空航天和工業(yè)控制/物聯(lián)網(wǎng)等”。

“我們新的FPGA產(chǎn)品系列改變了市場(chǎng)對(duì)于傳統(tǒng)中等規(guī)模FPGA器件的認(rèn)知?！?Bruce表示：“非易失性FPGA器件首次具備了全部已知好處，其明確的功耗和成本優(yōu)勢(shì)超越了帶有10 Gpbs收發(fā)器的SRAM FPGA器件，從而提供了必要的差異性，在滿足客戶不斷變化需求的同時(shí)填補(bǔ)了市場(chǎng)空白?！?/span>

圖1：美高森美副總裁兼業(yè)務(wù)部經(jīng)理Bruce Weyer

PolarFire的4大特點(diǎn):

● 低功耗：PolarFire的動(dòng)態(tài)+靜態(tài)功耗總和比市場(chǎng)同等產(chǎn)品降低50%。

● 成本優(yōu)化：通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)成本和功耗優(yōu)化的中端FPGA器件

● 安全可靠性：持續(xù)領(lǐng)先的安全性和可靠性，以應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全威脅和滿足安全關(guān)鍵性應(yīng)用需求

● 可擴(kuò)展性：提供1K至500K可編程邏輯單元(LE)器件

PolarFire是如何實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)化的？

“標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝加上SONOS技術(shù)，替換傳統(tǒng)的閃存技術(shù)，提供了更好的性價(jià)比產(chǎn)品“，Bruce強(qiáng)調(diào)說(shuō)。據(jù)了解，市場(chǎng)上同應(yīng)用的FPGA產(chǎn)品使用昂貴的HKMG或FiNFET工藝來(lái)降低功耗，而PolarFire采用其專有的SONOS工藝，相比傳統(tǒng)的Flash技術(shù)，此非易失性工藝有效的降低了成本。使用電荷泵由傳統(tǒng)閃存的17.5V降到9V，較小的電荷泵帶來(lái)了更靈活的設(shè)計(jì)和更小的裸片，面積的壓縮，成本上也得到了控制。由于PolarFire最大密度限制為500K，因此無(wú)需采用價(jià)格更貴的20nm或14nm工藝，而是選用了行業(yè)中對(duì)中等密度FPGA而言有著最高性價(jià)比的28nm標(biāo)準(zhǔn)工藝節(jié)點(diǎn)。

優(yōu)化的中等密度/中帶寬架構(gòu)，現(xiàn)今的蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施和有線接入網(wǎng)絡(luò)正在快速轉(zhuǎn)型，有著龐大接入市場(chǎng)的支持，PolarFire也無(wú)需全面覆蓋。PolarFire無(wú)論從內(nèi)部布線到時(shí)鐘資源都是針對(duì)密度范圍500K的產(chǎn)品，適合較小帶寬處理需求的架構(gòu)，最終得到小的功耗和TCO。而其他一些FPGA廠商市場(chǎng)覆蓋面比較廣，采用伸縮性的架構(gòu)可用于數(shù)百萬(wàn)LE密度，這種瀑布式由上而下裁剪出中等規(guī)模器件，造成很大的浪費(fèi)。

在收發(fā)器性能上， PolarFire針對(duì)12.7Gbps性能優(yōu)化，而其他FPGA廠商的高端產(chǎn)品達(dá)到30Gbps。美高森美在這款中端FPGA上實(shí)現(xiàn)了高端FPGA才具有的增值特性。GPIO提供了1000BaseXGbE和SGMII能力，允許聚合多個(gè)通路的GbE，而無(wú)需使用更大、更昂貴、帶有更多收發(fā)器通道的FPGA。其高端安全功能包括DPA防范和來(lái)自AthenaCorporation的一只高性能安全處理器。

PolarFire是如何實(shí)現(xiàn)功耗上優(yōu)化的？

美高森美系統(tǒng)級(jí)芯片產(chǎn)品組高級(jí)產(chǎn)品線營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)Shakeel Peera介紹到，“PolarFire在提供高性能的同時(shí)，顯著降低了功耗，相比同類中密度產(chǎn)品在最好情況下總功耗可降低50%。”是什么原因使得PolarFire有著如此低的功耗呢？Shakeel主要從以下幾個(gè)方面給大家做了解釋：

在靜態(tài)功耗方面，非易失性FPGA相比SRAM FPGA的平均漏電量低10倍。正常工作期間的總功耗等于：靜態(tài)功耗(漏電造成的功耗)+動(dòng)態(tài)功耗。靜態(tài)功耗降低了，便可以得到更多的動(dòng)態(tài)功耗去處理更多的數(shù)據(jù)和帶寬。

在浪涌功耗方面，PolarFire是沒(méi)有浪涌電流的，可以立刻啟動(dòng)，而SRAM器件在初始化的時(shí)候需要沖擊很高電流。

在收發(fā)器功耗方面，PolarFire憑借FPGA行業(yè)中最具創(chuàng)新性的收發(fā)器架構(gòu)，針對(duì)12.7Gbps傳送速率，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的裸片尺寸和功耗。其他FPGA廠商支持28Gbps性能，降速版本的功耗較大。PolarFire相比只有二分之一左右。

低功耗休眠模式，F(xiàn)lash*Freeze 是PolarFire獨(dú)有深度休眠模式，由于PolarFire采用非易失性技術(shù)，可以允許更多的電路處于睡眠模式和立即煥醒，SRAM卻不具備這點(diǎn)。

圖2：左：美高森美系統(tǒng)級(jí)芯片產(chǎn)品組高級(jí)產(chǎn)品線營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)Shakeel Peera
右：美高森美銷(xiāo)售副總裁梁成志

安全可靠性

網(wǎng)絡(luò)安全性是網(wǎng)絡(luò)邊緣聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的首要考慮因素，美高森美繼續(xù)保持著自家傳統(tǒng)安全可靠性的優(yōu)勢(shì)，有CRI專利的差分功耗分析攻擊防范，集成物理不可克隆功耗，內(nèi)置篡改檢測(cè)器和對(duì)策，真正的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，集成Athena TeraFire EXP5200B加密協(xié)處理器等。PolarFire FPGA配置單元對(duì)SEU的免疫，LSRAM上的內(nèi)置SECDED和存儲(chǔ)器交叉存取，并針對(duì)安全關(guān)鍵性設(shè)計(jì)的系統(tǒng)控制器暫停模式。

打破軟件壁壘

針對(duì)PolarFire FPGA，美高森美的LiberoSoC設(shè)計(jì)套件以其全面的、易學(xué)易用的工具套件提供了高生產(chǎn)率。該套件集成了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工具(SynopsysSynplifyPro®綜合和MentorGraphicsModelSim®仿真)，采用了與其他FPGA廠商類似的設(shè)計(jì)流，提供了同級(jí)最佳的約束條件管理、調(diào)試能力和安全生產(chǎn)編程特性。

中低端市場(chǎng)看過(guò)來(lái)

PolarFire是美高森美首次面向中等密度市場(chǎng)提供的FPGA產(chǎn)品，即滿足了低功耗高性能的需求，又在價(jià)格上做了優(yōu)化。新產(chǎn)品系列使得美高森美在中等密度市場(chǎng)展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)，在寬帶接入市場(chǎng)區(qū)間中，以性能為重點(diǎn)的數(shù)據(jù)通路方面得以應(yīng)用，美高森美有著30年的業(yè)界經(jīng)驗(yàn)，憑借此系列PolarFire FPGA器件，潛在市場(chǎng)有望擴(kuò)大至超過(guò)25億美元的規(guī)模，在通信基礎(chǔ)設(shè)施上實(shí)現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)。