I/O數(shù)翻倍,Lattice瞄準(zhǔn)工業(yè)通信FPGA市場
FPGA在數(shù)據(jù)時代有什么終極意義?從特性上來講,相比內(nèi)核執(zhí)行外算法都凍結(jié)的ASIC,可編程內(nèi)核的FPGA擁有很強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性;從功用上來講,是摩爾定律放緩后至關(guān)重要的協(xié)處理器和橋接器件。
在異構(gòu)計算的大背景下,FPGA愈發(fā)追求小尺寸、低功耗和高性能,這看準(zhǔn)的便是FPGA固有的特性,可以說FPGA是數(shù)據(jù)時代現(xiàn)階段最適合的產(chǎn)品。在追求極致性能上,除了增加I/O數(shù)量,甚至部分廠商為了追求靈活性和適應(yīng)性把ASIC塞進(jìn)了FPGA。
Lattice(萊迪思半導(dǎo)體)是利用28nm FD-SOI(耗盡型絕緣層上硅)這種工藝平衡FPGA的性能和功耗,讓小型FPGA兼具“高性能”也具有“低功耗”兩種特性。從技術(shù)上來講,主要是因?yàn)?/span>FD-SOI可在襯底這部分進(jìn)行電壓控制,因此反饋偏壓(Back Bias)是可控的,在此方面可自由進(jìn)行低功耗和高性能的設(shè)定切換。
另一方面,傳統(tǒng)使用SRAM制程的FPGA產(chǎn)品容易受到輻射干擾,而28nm FD-SOI則擁有較薄的氧化層,因此關(guān)鍵區(qū)域的減少,使得軟錯誤率(SEU)隨之而降。同時,與bulk CMOS工藝相比,28nm FD-SOI的漏電也降低了50%。
利用這種28nm FD-SOI的工藝,Lattice在去年專門發(fā)布了Lattice Nexus?這一技術(shù)平臺進(jìn)行多系列產(chǎn)品產(chǎn)出,與此同時還發(fā)布了首款產(chǎn)品CrossLink-NX。之前,21ic中國電子網(wǎng)曾經(jīng)也重點(diǎn)對這種工藝的FPGA進(jìn)行了講解。
而就在第一款產(chǎn)品問世六個月后,日前Lattice宣布發(fā)布了這款平臺的第二代產(chǎn)品——Certus?-NX,這款新產(chǎn)品擁有同類型產(chǎn)品脫穎而出的參數(shù)和性能,具有更高的I/O密度和功耗,21ic中國電子網(wǎng)記者受邀參加此次發(fā)布會。
當(dāng)然,需要注意的是Lattice一直專注領(lǐng)域?qū)儆谥卸耸袌?,主營范圍還是低功耗的小型FPGA,產(chǎn)品主要聚焦在功能性和性價比上,本款產(chǎn)品亦是如此。
01
更極致的性能和安全性
從整體架構(gòu)來看,Certus-NX與CrossLink-NX因?yàn)槎疾捎玫氖?8nm FD-SOI工藝,所以在特性上非常相似,均可切換低功耗和高性能模式,內(nèi)嵌嵌入式閃存,配置了特有的DSP模塊進(jìn)行乘加法。
另外,在邏輯單元上也均為17-40K。在快速啟動方面,兩者均采用Lattice一貫的內(nèi)嵌閃存,大大降低喚醒時間,達(dá)到無縫的視覺體驗(yàn)。
圖1:Certus-NX詳情
圖2:CrossLink-NX詳情
而從差異性來看,兩款產(chǎn)品擁有兩個關(guān)鍵的區(qū)分點(diǎn):
一、Certus-NX去除了硬核MIPI D-PHY
根據(jù)萊迪思現(xiàn)場技術(shù)支持總監(jiān)蒲小雙(Jeffery Pu)的介紹,這主要是考慮到細(xì)分子市場對I/O個數(shù)的要求而進(jìn)行的優(yōu)化,去掉硬核MIPI D-PHY后每平方毫米的I/O個數(shù)有了顯著地提升。
記者對兩款產(chǎn)品的參數(shù)上進(jìn)行了對比,兩款產(chǎn)品最小尺寸均為6 x 6 mm(121 csfBGA),CrossLink-NX的I/O數(shù)量為72個,而Certus-NX的I/O數(shù)量為82個,相當(dāng)于每平方毫米I/O數(shù)量提升了13%。
從應(yīng)用上來講, MIPI接口大多數(shù)與攝像頭和傳感器有關(guān),前一代市場瞄準(zhǔn)的是消費(fèi)級市場嵌入式視覺方面,而本產(chǎn)品則更多發(fā)力于網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用添加處理和互連功能,這些應(yīng)用一般來說強(qiáng)調(diào)使用PCle和千兆以太網(wǎng)。正因如此,這一代產(chǎn)品走的便是極致性價比和極致功耗性能,針對不同應(yīng)用市場將硬核轉(zhuǎn)化為性能。
二、Certus-NX增添了安全認(rèn)證ECDSA位流驗(yàn)證
Jeffery Pu告訴記者,受到前幾代產(chǎn)品的啟發(fā),包括Lattice以前推出的XO3D產(chǎn)品,內(nèi)部擁有PFR功能,里面有很復(fù)雜的認(rèn)證,借用這些概念放到新款產(chǎn)品里,這是相對于前一代產(chǎn)品非常明顯的差距。
從技術(shù)上來講,ECDSA英文全稱Elliptic Curve Digital Signature Algorithm,主要原理是創(chuàng)建數(shù)據(jù)數(shù)字簽名,與AES(高級加密標(biāo)準(zhǔn))不同,ECDSA不會對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密或阻止數(shù)據(jù)訪問。當(dāng)然,這款FPGA另外還是支持強(qiáng)大的AES-256位流加密的。
圖3:Certus-NX實(shí)現(xiàn)最小尺寸上的ECDSA位流驗(yàn)證
從市場上來看,需要在嵌入式視覺方面發(fā)力的用戶選擇帶有MIPI接口的CrossLink-NX即可,需要重點(diǎn)在工業(yè)、通信上添加處理和互連的則可選用性能更強(qiáng)勁的Certus-NX。
02
性能碾壓同類競品
在28nm FD-SOI工藝加持之下,以及Lattice一貫的低功耗FPGA經(jīng)驗(yàn),新產(chǎn)品在同類競品中脫穎而出。需要注意的是,Lattice之前也多次強(qiáng)調(diào)自身專注的是消費(fèi)級的低功耗FPGA,市場既需要追求尖端市場產(chǎn)品的廠商,也需要專注小尺寸產(chǎn)品的FPGA廠商。具體對比如下:
一、3倍的小尺寸,2倍I/O數(shù)量,70%I/O速率提升
Certus-NX在最小尺寸上,僅有6 x 6 mm,在I/O數(shù)量和速率上最接近的公司A的50K邏輯單元產(chǎn)品都已達(dá)到了10 x 10 mm尺寸了,而公司B的77K邏輯單元產(chǎn)品則達(dá)到了11 x 11 mm,相差了3倍之多。
而從I/O數(shù)量上來說,一方面,有著28 nm FD-SOI工藝加持,另一方面,畢竟這一代產(chǎn)品砍掉了MIPI硬核,數(shù)量提升是相當(dāng)?shù)拿黠@的。當(dāng)然相比傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品,28 nm FD-SOI工藝加持之下速率也提升了70%。
圖4:對比同類競品Certus-NX有明顯優(yōu)勢
二、4倍功耗降低
Lattice一直以來的優(yōu)勢便是低功耗,從參數(shù)上來看,在極端條件下對比公司B的77K邏輯單元產(chǎn)品最多降低了4倍。
從另一方面來看,低功耗就意味著更低的發(fā)熱,在此方面電池就擁有最大化的壽命。這意味著,用電成本、散熱成本、電池更換成本均有所降低。
圖5:Certus-NX功耗降低4倍
三、12倍配置速度
配置速度是Lattice一直的強(qiáng)項(xiàng),從CrossLink-Plus便開始加入這項(xiàng)功能。主要原理上是在產(chǎn)品中內(nèi)嵌嵌入式閃存,加快了啟動的速度。本代產(chǎn)品依然沿襲了前一代產(chǎn)品的3ms的I/O配置時間。
Jeffery Pu為記者介紹表示,傳統(tǒng)FPGA一般加入的是SPI Flash,啟動速度就取決于SPI的速度。早年傳統(tǒng)FPGA能跑到50Mbps速率就很不錯了,現(xiàn)如今新的SPI Flash基本可以達(dá)到130Mbps,但仍然不是能夠達(dá)到秒開的效果。
Certus-NX主要使用的是QSPI,相比單通道的SPI,四個通道數(shù)據(jù)加載速度就會有明顯的提升。不過,需要注意的是這需要FPGA具有相應(yīng)的設(shè)計,才能支持快速配置。
很多情況下,在安全為首的系統(tǒng)中,啟動時間有延遲會帶來一定風(fēng)險,無縫的啟動顯示既帶來了更好的用戶體驗(yàn),也為安全增添了一分色彩。
圖6:Certus-NX擁有12倍的配置速度
四、100倍降低軟錯誤率(SER)
從Certus-NX公布的數(shù)據(jù)來看,40K邏輯單元下SER達(dá)到了19.34,相比公司A的50K邏輯單元產(chǎn)品降低了超過100倍。這歸功于28nm FD-SOI這種工藝帶來的普惠,因?yàn)檫@種工藝擁有一層較薄的氧化層,因而減少了關(guān)鍵區(qū)域,從而降低了軟錯誤率(SER)。
當(dāng)然,不僅僅是軟錯誤率這一指標(biāo),這種工藝還具有抗干擾性,在漏電上也降低了50%。
圖7:Certus-NX軟錯誤率降低了100倍
03
低功耗FPGA仍有許多值得期待
除了最新的FPGA,Lattice也在上半年發(fā)布了名為Lattice Propel的最新軟件方案。據(jù)了解,Lattice Propel開發(fā)工具包含兩大特色:IP整合工具Lattice Propel Builder,以及軟件開發(fā)工具Lattice Propel SDK。
圖8:Lattice的產(chǎn)品更新路線
Propel意為驅(qū)動、推進(jìn),這兩個開發(fā)工具也切實(shí)地進(jìn)一步推動了FPGA開發(fā)自動化。Lattice Propel Builder可讓FPGA開發(fā)商以拖動IP區(qū)塊形式進(jìn)行設(shè)計,還能夠自動聯(lián)機(jī)產(chǎn)生代碼;Lattice Propel SDK則具備軟件套件建構(gòu)、編譯、分析和除錯的應(yīng)用程序,并以軟件函式庫與開發(fā)板級提供支持,讓軟件開發(fā)人員能在硬件就緒前進(jìn)行軟件設(shè)計,加速產(chǎn)品上市時程。
值得一提的是Lattice Propel是支持RISC-V IP的,眾所周知RISC-V在嵌入式應(yīng)用是極其重要的,透過最新FPGA開發(fā)環(huán)境,行業(yè)將迎來新的開發(fā)格局。
當(dāng)然,基于Certus-NX這款產(chǎn)品的相關(guān)工具和IP也已提供下載使用,開發(fā)者將擁有更好的開發(fā)體驗(yàn)。目前,Certus-NX的樣片已發(fā)往多個客戶,開發(fā)板已可訂購。
圖9:各類工具和解決方案加速開發(fā)
在發(fā)布會的最后,Jeffery Pu透露,28nm FD-SOI的Nexus技術(shù)平臺的第三代產(chǎn)品將在今年下半年宣發(fā),相關(guān)計劃也非常多,低功耗FPGA市場下半年將有更多驚喜值得期待。
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