賽靈思：多重創(chuàng)新技術引領28nm潮流

 

賽靈思公司亞太區(qū)銷售及市場總監(jiān) 張宇清

從2010年初可編程領域首次超越CPU企業(yè)率先宣布進入28nm工藝節(jié)點開始，可編程平臺的領導廠商賽靈思公司就沒有讓28nm的舞臺冷場過，尤其是今年3月率先交付全球第一個28nm芯片—Kintex 7 325T，6月再次交付Virtex-7 485T所展示的強大的執(zhí)行能力，不僅讓其從競爭中脫穎而出，而且也讓關注工藝進步和設計創(chuàng)新的整個電子行業(yè)對28nm的廣泛應用充滿期待。

多重創(chuàng)新應對三大挑戰(zhàn)

進入28nm不僅只是工藝的提升，重要的是要解決阻礙FPGA進一步發(fā)展的三大挑戰(zhàn)：首先是功耗的挑戰(zhàn)，其次是提高系統(tǒng)的集成度，第三是提高設計效率。

賽靈思公司亞太區(qū)銷售及市場總監(jiān)張宇清對記者表示，過去一年中，賽靈思在28nm方面有很多前所未有的創(chuàng)新：功耗上降低了一半，和最接近的競爭對手比則降低了30%；尺寸上更小，電壓降低到0.9伏～1伏，性能并沒有減少；成本平均比上一代下降50%。

降低功耗是賽靈思28nm產(chǎn)品的首要目標。“客戶的反饋也表明降低功耗是他們第一考慮的問題，因此也成為我們28nm研發(fā)最重要的課題。”張宇清說。賽靈思針對功耗進行了很多創(chuàng)新，從靜態(tài)功耗、動態(tài)功耗和I/O功耗三個層面多重降低系統(tǒng)的整體功耗。張宇清介紹，降低靜態(tài)功耗主要是通過工藝技術來實現(xiàn)的。賽靈思在工藝選擇上，沒有選擇傳統(tǒng)的高性能(HP)和低功耗(LP)工藝，因其產(chǎn)能風險比較大，良率不容易滿足，且不能同時兼顧高性能和低功耗。賽靈思和臺積電一起研發(fā)的28nm高介電層金屬閘(HKMG)采用高性能低功耗工藝(HPL)，在兩種傳統(tǒng)工藝上取得平衡，在性能上和HP相比沒有太多差別，但功耗卻降低了一半多。此外就是在設計的時候用不同的氧化層厚度電極管，這樣功耗會更加優(yōu)化。

“在動態(tài)功耗上有很多線路設計的方法，包括時鐘門控制、邏輯門控制、不帶反轉的邏輯臨時斷電，賽靈思通過工藝微縮、硬模塊優(yōu)化等來實現(xiàn)動態(tài)功耗的降低。”張宇清解釋說，“在I/O功耗控制上，一般是雙向使用的，但是當單向使用的時候，可以斷掉另外一個方向的電——這完全是一個智能的優(yōu)化環(huán)境。還有一些鎖相環(huán)，不運行的時候也自動斷電。此外，還有動態(tài)可重配置技術，在FPGA設計中，可以在局部進行實時的配置，有些模塊不變的就固定，有些模塊可以實時控制的在用完后跳入下一個模式，這樣可以非常有效地降低功耗。”因此最后的結果是，I/O功耗降低了30%，動態(tài)功耗降低25%以上，靜態(tài)功耗降低了65%，總體功耗降低了一半。

在提高集成度方面，賽靈思首次在FPGA中采用3D IC技術的堆疊硅片互聯(lián)(SSI)技術，可以把不同工藝節(jié)點的芯片堆疊在一起。這種技術可以讓40nm和28nm芯片堆疊，數(shù)字和模擬IC堆疊。憑借這一技術，賽靈思引領整個可編程行業(yè)一舉超越摩爾定律。“以前采用金屬線互聯(lián)時存在延時大，占用I/O資源等弊端。SSI技術則是通過把芯片堆疊在中介層，用穿孔技術互聯(lián)，這樣就能將延時控制在一納秒以內，且不占用I/O資源。而且硅中介層可以是65nm的，工藝非常低。此外，傳統(tǒng)金屬連線最多只能有1300多條連線，但堆疊硅片互聯(lián)技術可達到1萬多條。”張宇清表示。

在提高設計效率方面賽靈思也不遺余力。賽靈思在開發(fā)業(yè)界第一個28nm FPGA平臺的同時也改進了賽靈思ISE設計工具，最新版的ISE 13.2專門針對7系列FPGA優(yōu)化，實現(xiàn)了更快速的運行時間以及最多采用200萬個邏輯單元的設計。賽靈思可在數(shù)小時內為一款7系列目標設計平臺構建一個百分百可用的設計，并展現(xiàn)7系列器件的強大優(yōu)勢。“未來會有更多整合、更多集成，從布局、綜合、布線、仿真到上板調試，如何優(yōu)化工具的運行速度是很重要的，并且運行的時候要盡量少占用資源。在28nm FPGA產(chǎn)品，我們的運行速度提升了30%。以后百萬邏輯門將可以控制在幾個小時甚至一個小時之內，這是未來的目標。”張宇清指出。

這些前所未有的創(chuàng)新使賽靈思28nm產(chǎn)品在性能相當?shù)那疤嵯?，功耗比上一代FPGA降低一半，成本平均比上一代下降50%。

Zynq系列助力FPGA進軍嵌入式市場

賽靈思推出的將FPGA與ARM核集成的可擴展處理平臺(EPP)Zynq7000系列，把FPGA推向了更廣闊的SoC嵌入式應用市場。

Zynq系列集成了760個DSP引擎，性能超過910GMAC。并且FPGA跟ARM的連接架構專門采用處理器與FPGA定制的標準架構——AXI架構，其可實現(xiàn)3000個內部互聯(lián)，帶寬可達到100Gbps。而目前業(yè)界所采用的分立的FPGA和ARM的互聯(lián)方案，其管腳非常有限，最多只能解決1300個管腳。Zynq的另外一個優(yōu)勢是，以前FPGA是硬件可編程，有了Zynq系列之后便可通過ARM實現(xiàn)軟件編程，因而可讓更多的設計工程師包括FPGA工程師、嵌入式工程師來使用。Zynq系列可廣泛應用于智能視頻監(jiān)控、汽車駕駛員輔助系統(tǒng)、工控等2014年市場總值達127億美元之巨的嵌入式市場。

張宇清最后提到，傳統(tǒng)的FPGA市場規(guī)模達50億美元，這一市場不會動搖，而嵌入式市場對FPGA來說是一個“藍海”市場，Zynq系列將拓寬FPGA在嵌入式市場的應用，推動整個FPGA未來的成長。在產(chǎn)業(yè)鏈合作方面，賽靈思有著非常良好的第三方支持，全球有300多個合作伙伴，同時Zynq的推出也把ARM龐大的生態(tài)合作伙伴納入到FPGA應用中來?？梢灶A見，一個FPGA應用的新時代即將到來。

分銷策略

安富利科匯中國區(qū)域總裁辜其秋
保持緊密合作 抓住嵌入式增長點

賽靈思的Zynq可擴展處理平臺(EPP)將雙核ARM Cortex-A9處理器系統(tǒng)與可編程邏輯和Hard-IP外設緊密集成在一起，提供了靈活性、可配置性和性能的完美組合。

該系列產(chǎn)品的推出，意味著賽靈思進入SoC嵌入式處理器市場。Zynq新型器件得到了工具和IP提供商生態(tài)系統(tǒng)的支持，將完整的ARM Cortex-A9處理器片上系統(tǒng)(SoC)與28nm低功耗可編程邏輯緊密集成在一起，可幫助系統(tǒng)架構師和嵌入式軟件開發(fā)人員擴展、定制、優(yōu)化系統(tǒng)，并實現(xiàn)系統(tǒng)級的差異化。

鑒于安富利是賽靈思的全球戰(zhàn)略合作伙伴，這也對我們提出了新的挑戰(zhàn)和機遇。我們需要為客戶提供新的參考平臺，讓工程師盡快地熟悉Zynq的開發(fā)流程；同時我們需要緊密地保持和賽靈思的合作，確保我們的客戶能夠第一時間得到最充分的技術支持和產(chǎn)品更新。但是我們的付出是值得的，新的產(chǎn)品、新的領域將為我們帶來新的生意增長點，并且滲透到嵌入式和FPGA的交叉領域，從而帶來更多的機會。

拓展更多應用領域

通過在能效、性能/容量以及性價比方面的突破創(chuàng)新，28nm賽靈思7系列FPGA提供了前所未有的可擴展性和生產(chǎn)力，擴展了其目標設計平臺戰(zhàn)略，并讓可編程邏輯擴展到更廣闊的終端市場和應用。

賽靈思7系列FPGA建立在同一28nm工藝和行業(yè)惟一HPL統(tǒng)一FPGA架構之上，融高性能和低功耗為一體，使用范圍從低成本系列到超高端系列，同時以最快的速度推出產(chǎn)品并支持速度等級、溫度范圍和封裝共350種組合。

張宇清表示，7系列最主要的宗旨給客戶三個P：第一個是產(chǎn)品(Product)，第二個是生產(chǎn)效率的提高(Proficiency)，第三個是性能(Performance)，最高端7系列Virtex-7還是圍繞這3個重點。Virtex-7系列產(chǎn)品將FPGA架構推到了全新高度，其串行I/O帶寬達2.7Tbps，可提供96個速度高達28Gbps的串行通道。它支持400G橋接和交換結構有線通信系統(tǒng)，也支持高級雷達系統(tǒng)和高性能計算機系統(tǒng)，能夠滿足單芯片信號處理能力的要求以及新一代測試測量設備的邏輯密度、性能和I/O帶寬要求。

“而Kintex-7 FPGA提供了低功耗高性能的信號處理能力，適用于長期演進(LTE)無線電和基帶子系統(tǒng)的實現(xiàn)。”張宇清介紹，“此外，Kintex-7 FPGA不僅能幫助開發(fā)人員滿足消費電子市場中高清3D平板顯示器的成本和功耗要求，而且還可以提供支持新一代廣播視頻點播系統(tǒng)的IP視頻橋接器所需的高帶寬和性價比，以及便攜式超聲波設備所需的高性能圖形處理能力，可以支持多達128個高分辨率通道。”

分銷策略

科通數(shù)字技術(深圳)有限公司高級總監(jiān)謝章立
利用28nm優(yōu)勢打好“組合拳”

業(yè)內有一個詞語叫DDC(即創(chuàng)造應用)，新的技術必將為我們創(chuàng)造更多的應用機會和更多的客戶群體，針對新的技術我們代理商必須高瞻遠矚，基于新產(chǎn)品的優(yōu)勢發(fā)現(xiàn)更多的應用機會和目標市場，并針對目標市場制定相應的策略來進一步提高FPGA產(chǎn)品的市場份額。

賽靈思28nm FPGA系列產(chǎn)品包括：性價比最佳的Kintex-7、低功耗/低成本的Artix-7、性能和容量最高的Virtex-7。科通把握其低功耗的特點，致力于為客戶降低設計成本，并且?guī)椭鶩PGA應用到便攜式產(chǎn)品中去，實現(xiàn)市場的擴展。利用28nm FPGA性價比高，且單位成本低的特點，ISE Design Suite 13有助于客戶設計出高品質的產(chǎn)品并將其更快地投放到市場中。7系列FPGA目前使用靈活混合信號(AMS)提供數(shù)字范圍以外的集成，為更復雜的模擬信號處理提供簡單的模擬監(jiān)控，從而幫助客戶降低了系統(tǒng)成本、縮小了區(qū)域范圍并增加了可靠性。

另外，賽靈思28nm產(chǎn)品的統(tǒng)一架構使客戶在3個系列產(chǎn)品之間可以快速進行設計移植，保存了IP投資，加快了產(chǎn)品研發(fā)速度，還使得以后的IP移植更容易了，重新定義產(chǎn)品時能夠輕松地采用原有設計積累。在7系列內部實現(xiàn)設計的可擴展性，設計可從Virtex-7擴展到Kintex-7再到Artix-7，設計者無需對每代產(chǎn)品進行重復的IP勞動。分銷商利用這一優(yōu)勢，以不同比例組合，并針對不同應用進行了優(yōu)化，從而滿足客戶從最低到最高器件密度和功能需求。