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美高森美如何打造中低端市場性價比最高的FPGA器件

2017-02-20 22:23:23 未知

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在短短三十多年里，FPGA從電子設計的外圍器件逐漸演變為數字系統的核心，現如今各廠商更是著手產品的創新以適應市場需求。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體技術方案的領先供應商美高森美近日宣布推出一款業界最低功耗全新成本優化的FPGA產品系列----PolarFire。一款優質的產品當然要賦予他優秀的名字。在發布會上，美高森美副總裁兼業務部經理Bruce Weyer向媒體介紹了“PolarFire”名字的由來，“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產品，目標瞄準中低端500K 以下的市場，專門針對寬帶和HetNet應用，服務于國防、航空航天和工業控制/物聯網等”。

“我們新的FPGA產品系列改變了市場對于傳統中等規模FPGA器件的認知。” 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勢超越了帶有10 Gpbs收發器的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填補了市場空白。”

圖1：美高森美副總裁兼業務部經理Bruce Weyer

PolarFire的4大特點:

● 低功耗：PolarFire的動態+靜態功耗總和比市場同等產品降低50%。

● 成本優化：通過創新設計實現成本和功耗優化的中端FPGA器件

● 安全可靠性：持續領先的安全性和可靠性，以應對網絡安全威脅和滿足安全關鍵性應用需求

● 可擴展性：提供1K至500K可編程邏輯單元(LE)器件

PolarFire是如何實現成本優化的？

“標準的CMOS工藝加上SONOS技術，替換傳統的閃存技術，提供了更好的性價比產品“，Bruce強調說。據了解，市場上同應用的FPGA產品使用昂貴的HKMG或FiNFET工藝來降低功耗，而PolarFire采用其專有的SONOS工藝，相比傳統的Flash技術，此非易失性工藝有效的降低了成本。使用電荷泵由傳統閃存的17.5V降到9V，較小的電荷泵帶來了更靈活的設計和更小的裸片，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，因此無需采用價格更貴的20nm或14nm工藝，而是選用了行業中對中等密度FPGA而言有著最高性價比的28nm標準工藝節點。

優化的中等密度/中帶寬架構，現今的蜂窩基礎設施和有線接入網絡正在快速轉型，有著龐大接入市場的支持，PolarFire也無需全面覆蓋。PolarFire無論從內部布線到時鐘資源都是針對密度范圍500K的產品，適合較小帶寬處理需求的架構，最終得到小的功耗和TCO。而其他一些FPGA廠商市場覆蓋面比較廣，采用伸縮性的架構可用于數百萬LE密度，這種瀑布式由上而下裁剪出中等規模器件，造成很大的浪費。

在收發器性能上， PolarFire針對12.7Gbps性能優化，而其他FPGA廠商的高端產品達到30Gbps。美高森美在這款中端FPGA上實現了高端FPGA才具有的增值特性。GPIO提供了1000BaseXGbE和SGMII能力，允許聚合多個通路的GbE，而無需使用更大、更昂貴、帶有更多收發器通道的FPGA。其高端安全功能包括DPA防范和來自AthenaCorporation的一只高性能安全處理器。

PolarFire是如何實現功耗上優化的？

美高森美系統級芯片產品組高級產品線營銷總監Shakeel Peera介紹到，“PolarFire在提供高性能的同時，顯著降低了功耗，相比同類中密度產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主要從以下幾個方面給大家做了解釋：

在靜態功耗方面，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：靜態功耗(漏電造成的功耗)+動態功耗。靜態功耗降低了，便可以得到更多的動態功耗去處理更多的數據和帶寬。

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

在收發器功耗方面，PolarFire憑借FPGA行業中最具創新性的收發器架構，針對12.7Gbps傳送速率，實現最優的裸片尺寸和功耗。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，Flash*Freeze 是PolarFire獨有深度休眠模式，由于PolarFire采用非易失性技術，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。

圖2：左：美高森美系統級芯片產品組高級產品線營銷總監Shakeel Peera
右：美高森美銷售副總裁梁成志

安全可靠性

網絡安全性是網絡邊緣聯網設備的首要考慮因素，美高森美繼續保持著自家傳統安全可靠性的優勢，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，內置篡改檢測器和對策，真正的隨機數發生器，集成Athena TeraFire EXP5200B加密協處理器等。PolarFire FPGA配置單元對SEU的免疫，LSRAM上的內置SECDED和存儲器交叉存取，并針對安全關鍵性設計的系統控制器暫停模式。

打破軟件壁壘

針對PolarFire FPGA，美高森美的LiberoSoC設計套件以其全面的、易學易用的工具套件提供了高生產率。該套件集成了行業標準工具(SynopsysSynplifyPro®綜合和MentorGraphicsModelSim®仿真)，采用了與其他FPGA廠商類似的設計流，提供了同級最佳的約束條件管理、調試能力和安全生產編程特性。

中低端市場看過來

PolarFire是美高森美首次面向中等密度市場提供的FPGA產品，即滿足了低功耗高性能的需求，又在價格上做了優化。新產品系列使得美高森美在中等密度市場展開競爭，在寬帶接入市場區間中，以性能為重點的數據通路方面得以應用，美高森美有著30年的業界經驗，憑借此系列PolarFire FPGA器件，潛在市場有望擴大至超過25億美元的規模，在通信基礎設施上實現持續增長。