小尺寸FPGA如何發揮大作用
2025-02-24 10:23:37 Bob O’Donnell,TECHnalysis Research總裁兼首席分析師與許多類型的器件一樣，人們很容易陷入這樣的誤區：大芯片比小器件更好，更有影響力。然而，就FPGA（現場可編程門陣列）而言，更小的芯片往往具有最大的應用范圍和影響力。
小型FPGA廣泛應用于各種設備、應用和行業，因為它們能夠可靠地執行對許多不同類型智能系統的快速運行至關重要的關鍵功能。同時由于其可編程的特性，它們可以很容易根據不同類型設備的特定要求進行定制。
萊迪思半導體公司多年來一直在開發小型FPGA的獨特功能，并圍繞這些功能建立了年收入約5億美元的業務。最近，該公司推出了小型FPGA架構的第二代版本。全新萊迪思Nexus? 2平臺采用16nm TSMC FinFET工藝，具有較小工藝節點帶來的若干重要優勢。特別是，與其他供應商的競品相比，基于Nexus 2的芯片能夠以最佳的功率和更高的速度運行，而且物理尺寸更小。
此外，萊迪思還在Nexus 2平臺中集成了更多更快的連接方案和增強的安全標準支持。在連接性方面，Nexus 2通過集成PCIe Gen 4控制器支持多協議16G SERDES，MIPI D和C-PHY速度高達7.98 Gbps。該平臺還支持使用高速LPDDR4存儲，從而實現更快的整體系統性能。
在安全性方面，Nexus 2支持256位AES-GCM和SHA3-512標準，并符合FIPS 140-3 Level 2標準，所有這些都意味著采用該芯片的設備可以在敏感和關鍵任務環境中擁有更強的安全性。此外，由于此類FPGA通常用于壽命較長的設備中，因此Nexus 2平臺已為后量子時代做好準備，大大減輕了系統設計人員的壓力，因為他們知道這些設備甚至可以應對未來潛在的安全挑戰。
Nexus 2平臺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，萊迪思還升級了萊迪思Propel和萊迪思Radiant設計軟件工具，以支持這些新的芯片，便于系統設計人員就根據他們的特定需求進行定制。
在這些新功能加持下，Certus-N2芯片將能夠在現有應用中提供更高的性能，為新應用提供一系列機遇。例如，在實際應用中，功耗比同類產品最高降低3倍，這意味著新器件功耗更低、運行更可靠，而且在電池供電的環境中，運行時間更長。
新平臺的性能提升體現在多個方面。首先，SERDES、DRAM、閃存和PCI之間更快的帶寬連接使系統能夠更高效地工作，并與更高數據速率的外設連接。這也是Nexus 2 FPGA的啟動速度比某些競品快得多（高達20倍）的關鍵原因。
由于FPGA通常在傳感器和計算之間扮演中間人的角色，并在更大的系統中提供互連點，因此這些新功能為新應用創造了機會。例如，在采用分區架構的現代汽車設計中，這些分區之間需要快速、可靠的互連。此外，當汽車行駛時，Certus-N2幾乎可以瞬間喚醒，在響應外部觸發數據方面可發揮巨大作用。在使用高速電機控制機器人的環境中（如制造業），類似的應用也成為可能。
Nexus 2的其他主要架構優勢包括：可定制邏輯單元的數量是第一代Nexus器件的2倍，DSP核心的數量是第一代的3倍多，最多可達520個。這些功能加在一起可以運行更先進的算法，為提高邊緣推理應用（如人或物體存在檢測、圖像或音頻識別等）的準確性和速度提供了可能。
雖然這些應用可能不像當今最新GPU那樣廣受關注，但小型FPGA所處理任務的關鍵性質使其成為當今眾多設備中絕對不可或缺的一部分。控制啟動過程、將傳感器連接到計算中心、運行時間敏感的專用算法，以及更多小型FPGA能夠實現的功能，都是先進系統運行的核心。
隨著當今先進設備不斷使用各類高級功能，對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，是為下一代先進系統提供動力的重要一步，也是影響深遠的一步。
作者簡介： Bob O’Donnell是市場研究公司TECHnalysis Research的總裁兼首席分析師，該公司為技術行業和專業金融領域提供戰略咨詢和市場研究服務。
