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嵌入式FPGA不是夢(mèng),簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)SoC即可

電子設(shè)計(jì) ? 來(lái)源:電子設(shè)計(jì) ? 作者:電子設(shè)計(jì) ? 2020-10-30 12:51 ? 次閱讀
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嵌入式 FPGA 將不再是夢(mèng)想。根據(jù) Achronix,未來(lái),芯片設(shè)計(jì)者只要簡(jiǎn)單地將線(xiàn)對(duì)線(xiàn)互連加進(jìn)其 SoC 設(shè)計(jì)即可。

Achronix Semiconductor 營(yíng)銷(xiāo)副總裁 Steve Mensor 表示,這款被稱(chēng)為 Speedcore 的嵌入式 FPGA (eFPGA) IP 產(chǎn)品目前已經(jīng)就緒且正出貨中。盡管并未透露出貨數(shù)字以及客戶(hù)名稱(chēng),該公司表示這款產(chǎn)品現(xiàn)在已經(jīng)提供給客戶(hù)使用了。

Speedcore 象征著該公司首次進(jìn)軍 IP 業(yè)務(wù)。Achronix 自 2013 年以來(lái)一直在生產(chǎn)其旗艦級(jí) FPGA 產(chǎn)品——Speedster 22i。因此,對(duì)于 Achronix 來(lái)說(shuō),這是一條漫長(zhǎng)的道路,因?yàn)樵摴驹?4 年以前才首次宣布開(kāi)發(fā) eFPGA IP 的計(jì)劃。

盡管如此,Achronix 在此看到了一線(xiàn)曙光,預(yù)計(jì)今年可望首次盈利,營(yíng)收上看 1,200 萬(wàn)美元。根據(jù) Mensor 表示,該公司預(yù)計(jì)其銷(xiāo)售額將在 2017 年成長(zhǎng)超過(guò) 4,000 萬(wàn)美元,進(jìn)一步使 eFPGA IP 業(yè)務(wù)成為帶動(dòng) Achronix 成長(zhǎng)的“重要驅(qū)動(dòng)力”。

設(shè)計(jì)工具

Speedcore 采用與 Achronix Speedster 22i FPGA 相同的高性能架構(gòu)。專(zhuān)為運(yùn)算和網(wǎng)絡(luò)加速應(yīng)用而設(shè)計(jì)的 Speedcore eFPGA IP 將整合至其他公司的 ASIC,應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

Mensor 認(rèn)為,eFPGA 的最大優(yōu)勢(shì)在于其設(shè)計(jì)工具。多年來(lái),Achronix 了解到客戶(hù)需要更好的設(shè)計(jì)工具,為其帶來(lái)優(yōu)質(zhì)的結(jié)果、簡(jiǎn)單易用性以及第三方整合,而這些特點(diǎn)都是“Achronix CAD 環(huán)境”(ACE)所能提供的一部份。

為了成為系統(tǒng)的一部份,eFPGA IP 必須具備易于整合于 SoC 的功能設(shè)計(jì)。Achronix 提供了可讓客戶(hù)直接整合于其 SoC 的 GDS II 版 Speedcore IP,以及可讓客戶(hù)用于設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與編程 Speedcore eFPGA 功能的 ACE 工具客制版。

CPU 投片?

整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)都知道 FPGA 極其熱門(mén)。只要看看微軟(Microsoft)的 Project Catapult 就知道了。

微軟解釋?zhuān)@項(xiàng)計(jì)劃是專(zhuān)為“加速微軟在網(wǎng)絡(luò)、安全、云端服務(wù)和人工智能(AI)等方面的超級(jí)運(yùn)算基礎(chǔ)”而打造的,并作為其于“后 CPU”(post-CPU)的各種技術(shù)——包括 GPU、FPGA 與 ASIC 的最大睹注。

微軟這項(xiàng) Project Catapult 的關(guān)鍵就在于 Altera Stratix V D5 FPGA。Mensor 強(qiáng)調(diào),整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)普遍存在的看法是,微軟的計(jì)劃促成了英特爾(Intel)決定收購(gòu) Altera。

藉由 AlphaGo,Googler 的客制 Tensor 處理器單元也激勵(lì)了許多工程師,促使他們開(kāi)始考慮從 ASIC 到 GPU 和 DSP 的一切。Mensor 解釋說(shuō),他們正在尋找能夠更有效率處理“加速非結(jié)構(gòu)性搜尋、機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能”的技術(shù)。

Achronix 在其中看到了機(jī)會(huì)。

FPGA 應(yīng)用領(lǐng)域以及成長(zhǎng)階段

FPGA 從 1990 年代中期作為“膠合芯片”(glue chip)開(kāi)始流行于市場(chǎng)上,如今正重新定義其價(jià)值,成為 CPU 的協(xié)同處理器。在這個(gè)角色上,F(xiàn)PGA 可加速加密 / 解密、壓縮 / 解壓縮,或甚至是預(yù)處理資料封包,以便只讓有關(guān)的共享資料可被傳送與進(jìn)行處理。

當(dāng)進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化搜尋時(shí),F(xiàn)PGA 的平行環(huán)境經(jīng)證實(shí)是十分有效的。例如,相較于專(zhuān)為劃分功能成為較小部份以及依順序作業(yè)而設(shè)計(jì)的 CPU 而言,F(xiàn)PGA 能以平行方式,在單一頻率周期完成整個(gè)任務(wù)。

當(dāng)無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施必須涵蓋多個(gè)地理區(qū)時(shí),F(xiàn)PGA 是可編程數(shù)位前端和地理區(qū)客制化的一張備用王牌。

在芯片之間布線(xiàn)

盡管在 SoC 中嵌入 FPGA 總能為設(shè)計(jì)者帶來(lái)不錯(cuò)的設(shè)計(jì)想法,但對(duì)于 FPGA 供應(yīng)商而言,要實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿望并不容易。

“在不同芯片之間布線(xiàn)是非常困難的,”Mensor 說(shuō)。成功整合 eFPGA IP 的關(guān)鍵在于盡可能降低延遲并提高吞吐量。該公司強(qiáng)調(diào),Achronix 最先提供了具有嵌入式系統(tǒng)級(jí) IP 的高密度 FPGA。

對(duì)于“希望將 ASIC 設(shè)計(jì)的所有效率以及 eFPGA 可編程硬件加速器的靈活性結(jié)合于同一芯片”的公司,Achronix 為其提供相同的 eFPGA 技術(shù)。

而對(duì)于 IP 供貨商而言,整合極具挑戰(zhàn)之處在于客戶(hù)對(duì)于特定應(yīng)用所要求的優(yōu)化芯片尺寸、功耗與資源分配總有不同的想法與方法。他們還自行定義了查找表數(shù)目、嵌入式內(nèi)存模塊女以及 DSP 模塊的數(shù)量。

但問(wèn)題并不一定是客戶(hù)的不同建置方式,而是他們經(jīng)常使用不同的方法進(jìn)行芯片測(cè)試與驗(yàn)證。Mensor 解釋?zhuān)蛻?hù)并不知道 IP 供貨商的工具如何與其搭配作業(yè)。例如,“我們經(jīng)常聽(tīng)到客戶(hù)問(wèn):‘如何才能用你們的 IP 關(guān)閉計(jì)時(shí)功能?’”

雖然 Achronix 并未為客戶(hù)整合其 IP,其業(yè)務(wù)取決于所提供的工具是否足以讓客戶(hù)快速完成設(shè)計(jì)

Achronix NT31P1 Achronix 也向外收購(gòu)了一些第三方 IP,包括接口協(xié)議、可編程 IO、SerDes 和 PLL 等。那么在開(kāi)發(fā) FPGA 和滿(mǎn)足客戶(hù)需求時(shí),Achronix 是否遇到困難?Mensor 說(shuō):“我們總會(huì)試著把遇到的每個(gè)問(wèn)題都轉(zhuǎn)化為一次機(jī)會(huì)。”

對(duì)于 Achronix 來(lái)說(shuō),其關(guān)鍵在于整合該公司的 FPGA 架構(gòu)。最終的結(jié)果是一款更精簡(jiǎn)的 Speedster 22i,其可編程 IO、SerDes 和接口控制器占用的空間更少,相形之下,競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的高階 FPGA 通常使用了大約 50%的芯片面積。

Achronix NT31P2 FPGA 芯片尺寸比較

提高延遲和傳輸速率

Achronix 認(rèn)為,能夠與 SoC 實(shí)現(xiàn)線(xiàn)對(duì)線(xiàn)連接的 Speedcore eFPGA,有助于消除大量的可編程 IO 緩沖器,從而使功耗降低一半。此外,Speedcore 的芯片尺寸也比標(biāo)準(zhǔn) FPGA 更小,使得 eFPGA 的成本可降低 90%以上。

然而,Mensor 強(qiáng)調(diào),“對(duì)于大多數(shù)客戶(hù)而言,最大的決定因素在于延遲和吞吐量方面的問(wèn)題。”根據(jù) Achronix,相較于獨(dú)立的 FPGA,eFPGA 具有更高的接口性能,可望提高 10 倍的吞吐量和延遲性能。

Speedcore 現(xiàn)可采用臺(tái)積電 16FF+工藝,并以臺(tái)積電 7nm 技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。該公司并承諾,透過(guò) Speedcore 的模塊化架構(gòu)讓 Achronix 能夠輕松地將該技術(shù)轉(zhuǎn)移到不同的工藝技術(shù)和堆棧。

審核編輯 黃昊宇

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