賽靈思：多重創(chuàng)新技術(shù)引領(lǐng)28nm潮流

從2010年初可編程領(lǐng)域首次超越CPU企業(yè)率先宣布進(jìn)入28nm工藝節(jié)點(diǎn)開始，可編程平臺(tái)的領(lǐng)導(dǎo)廠商賽靈思公司就沒有讓28nm的舞臺(tái)冷場(chǎng)過，尤其是今年3月率先交付全球第一個(gè)28nm芯片—Kintex 7 325T，6月再次交付Virtex-7 485T所展示的強(qiáng)大的執(zhí)行能力，不僅讓其從競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，而且也讓關(guān)注工藝進(jìn)步和設(shè)計(jì)創(chuàng)新的整個(gè)電子行業(yè)對(duì)28nm的廣泛應(yīng)用充滿期待。

多重創(chuàng)新應(yīng)對(duì)三大挑戰(zhàn)

進(jìn)入28nm不僅只是工藝的提升，重要的是要解決阻礙FPGA進(jìn)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(shè)計(jì)效率。

賽靈思公司亞太區(qū)銷售及市場(chǎng)總監(jiān)張宇清對(duì)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(biāo)。“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(shuō)。賽靈思針對(duì)功耗進(jìn)行了很多創(chuàng)新，從靜態(tài)功耗、動(dòng)態(tài)功耗和I/O功耗三個(gè)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(shù)來(lái)實(shí)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(fēng)險(xiǎn)比較大，良率不容易滿足，且不能同時(shí)兼顧高性能和低功耗。賽靈思和臺(tái)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(shè)計(jì)的時(shí)候用不同的氧化層厚度電極管，這樣功耗會(huì)更加優(yōu)化。

“在動(dòng)態(tài)功耗上有很多線路設(shè)計(jì)的方法，包括時(shí)鐘門控制、邏輯門控制、不帶反轉(zhuǎn)的邏輯臨時(shí)斷電，賽靈思通過工藝微縮、硬模塊優(yōu)化等來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)功耗的降低。”張宇清解釋說(shuō)，“在I/O功耗控制上，一般是雙向使用的，但是當(dāng)單向使用的時(shí)候，可以斷掉另外一個(gè)方向的電——這完全是一個(gè)智能的優(yōu)化環(huán)境。還有一些鎖相環(huán)，不運(yùn)行的時(shí)候也自動(dòng)斷電。此外，還有動(dòng)態(tài)可重配置技術(shù)，在FPGA設(shè)計(jì)中，可以在局部進(jìn)行實(shí)時(shí)的配置，有些模塊不變的就固定，有些模塊可以實(shí)時(shí)控制的在用完后跳入下一個(gè)模式，這樣可以非常有效地降低功耗。”因此最后的結(jié)果是，I/O功耗降低了30%，動(dòng)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(shù)的堆疊硅片互聯(lián)(SSI)技術(shù)，可以把不同工藝節(jié)點(diǎn)的芯片堆疊在一起。這種技術(shù)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(shù)，賽靈思引領(lǐng)整個(gè)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(shí)存在延時(shí)大，占用I/O資源等弊端。SSI技術(shù)則是通過把芯片堆疊在中介層，用穿孔技術(shù)互聯(lián)，這樣就能將延時(shí)控制在一納秒以內(nèi)，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(shù)可達(dá)到1萬(wàn)多條。”張宇清表示。

在提高設(shè)計(jì)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(gè)28nm FPGA平臺(tái)的同時(shí)也改進(jìn)了賽靈思ISE設(shè)計(jì)工具，最新版的ISE 13.2專門針對(duì)7系列FPGA優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了更快速的運(yùn)行時(shí)間以及最多采用200萬(wàn)個(gè)邏輯單元的設(shè)計(jì)。賽靈思可在數(shù)小時(shí)內(nèi)為一款7系列目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺(tái)構(gòu)建一個(gè)百分百可用的設(shè)計(jì)，并展現(xiàn)7系列器件的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。“未來(lái)會(huì)有更多整合、更多集成，從布局、綜合、布線、仿真到上板調(diào)試，如何優(yōu)化工具的運(yùn)行速度是很重要的，并且運(yùn)行的時(shí)候要盡量少占用資源。在28nm FPGA產(chǎn)品，我們的運(yùn)行速度提升了30%。以后百萬(wàn)邏輯門將可以控制在幾個(gè)小時(shí)甚至一個(gè)小時(shí)之內(nèi)，這是未來(lái)的目標(biāo)。”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(dāng)?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(jìn)軍嵌入式市場(chǎng)

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

Zynq系列集成了760個(gè)DSP引擎，性能超過910GMAC。并且FPGA跟ARM的連接架構(gòu)專門采用處理器與FPGA定制的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)——AXI架構(gòu)，其可實(shí)現(xiàn)3000個(gè)內(nèi)部互聯(lián)，帶寬可達(dá)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(gè)管腳。Zynq的另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，以前FPGA是硬件可編程，有了Zynq系列之后便可通過ARM實(shí)現(xiàn)軟件編程，因而可讓更多的設(shè)計(jì)工程師包括 FPGA工程師、嵌入式工程師來(lái)使用。Zynq系列可廣泛應(yīng)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(chǎng)總值達(dá)127億美元之巨的嵌入式市場(chǎng)。

張宇清最后提到，傳統(tǒng)的FPGA市場(chǎng)規(guī)模達(dá)50億美元，這一市場(chǎng)不會(huì)動(dòng)搖，而嵌入式市場(chǎng)對(duì)FPGA來(lái)說(shuō)是一個(gè)“藍(lán)海”市場(chǎng)，Zynq系列將拓寬FPGA在嵌入式市場(chǎng)的應(yīng)用，推動(dòng)整個(gè)FPGA未來(lái)的成長(zhǎng)。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(gè)合作伙伴，同時(shí) Zynq的推出也把ARM龐大的生態(tài)合作伙伴納入到FPGA應(yīng)用中來(lái)。可以預(yù)見，一個(gè)FPGA應(yīng)用的新時(shí)代即將到來(lái)。

分銷策略

安富利科匯中國(guó)區(qū)域總裁辜其秋

保持緊密合作 抓住嵌入式增長(zhǎng)點(diǎn)

賽靈思的Zynq可擴(kuò)展處理平臺(tái)(EPP)將雙核ARM Cortex-A9處理器系統(tǒng)與可編程邏輯和Hard-IP外設(shè)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(jìn)入SoC嵌入式處理器市場(chǎng)。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(gòu)師和嵌入式軟件開發(fā)人員擴(kuò)展、定制、優(yōu)化系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)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(duì)我們提出了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。我們需要為客戶提供新的參考平臺(tái)，讓工程師盡快地熟悉Zynq的開發(fā)流程;同時(shí)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(shí)間得到最充分的技術(shù)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(lǐng)域?qū)槲覀儙?lái)新的生意增長(zhǎng)點(diǎn)，并且滲透到嵌入式和FPGA的交叉領(lǐng)域，從而帶來(lái)更多的機(jī)會(huì)。

拓展更多應(yīng)用領(lǐng)域

通過在能效、性能/容量以及性價(jià)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(kuò)展性和生產(chǎn)力，擴(kuò)展了其目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺(tái)戰(zhàn)略，并讓可編程邏輯擴(kuò)展到更廣闊的終端市場(chǎng)和應(yīng)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(gòu)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(shí)以最快的速度推出產(chǎn)品并支持速度等級(jí)、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(gè)P：第一個(gè)是產(chǎn)品(Product)，第二個(gè)是生產(chǎn)效率的提高(Proficiency)，第三個(gè)是性能 (Performance)，最高端7系列Virtex-7還是圍繞這3個(gè)重點(diǎn)。Virtex-7系列產(chǎn)品將FPGA架構(gòu)推到了全新高度，其串行I/O帶寬達(dá)2.7Tbps，可提供96個(gè)速度高達(dá)28Gbps的串行通道。它支持400G橋接和交換結(jié)構(gòu)有線通信系統(tǒng)，也支持高級(jí)雷達(dá)系統(tǒng)和高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，能夠滿足單芯片信號(hào)處理能力的要求以及新一代測(cè)試測(cè)量設(shè)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(hào)處理能力，適用于長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)無(wú)線電和基帶子系統(tǒng)的實(shí)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(fèi)電子市場(chǎng)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(diǎn)播系統(tǒng)的IP視頻橋接器所需的高帶寬和性價(jià)比，以及便攜式超聲波設(shè)備所需的高性能圖形處理能力，可以支持多達(dá)128個(gè)高分辨率通道。”

分銷策略

科通數(shù)字技術(shù)(深圳)有限公司高級(jí)總監(jiān)謝章立

利用28nm優(yōu)勢(shì)打好“組合拳”

業(yè)內(nèi)有一個(gè)詞語(yǔ)叫DDC(即創(chuàng)造應(yīng)用)，新的技術(shù)必將為我們創(chuàng)造更多的應(yīng)用機(jī)會(huì)和更多的客戶群體，針對(duì)新的技術(shù)我們代理商必須高瞻遠(yuǎn)矚，基于新產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)發(fā)現(xiàn)更多的應(yīng)用機(jī)會(huì)和目標(biāo)市場(chǎng)，并針對(duì)目標(biāo)市場(chǎng)制定相應(yīng)的策略來(lái)進(jìn)一步提高FPGA產(chǎn)品的市場(chǎng)份額。

賽靈思28nm FPGA系列產(chǎn)品包括：性價(jià)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?？仆ò盐掌?strong>低功耗的特點(diǎn)，致力于為客戶降低設(shè)計(jì)成本，并且?guī)椭鶩PGA應(yīng)用到便攜式產(chǎn)品中去，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)的擴(kuò)展。利用28nm FPGA性價(jià)比高，且單位成本低的特點(diǎn)，ISE Design Suite 13有助于客戶設(shè)計(jì)出高品質(zhì)的產(chǎn)品并將其更快地投放到市場(chǎng)中。7系列FPGA目前使用靈活混合信號(hào)(AMS)提供數(shù)字范圍以外的集成，為更復(fù)雜的模擬信號(hào)處理提供簡(jiǎn)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(gòu)使客戶在3個(gè)系列產(chǎn)品之間可以快速進(jìn)行設(shè)計(jì)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(shí)能夠輕松地采用原有設(shè)計(jì)積累。在7系列內(nèi)部實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展性，設(shè)計(jì)可從Virtex-7擴(kuò)展到Kintex-7再到Artix-7，設(shè)計(jì)者無(wú)需對(duì)每代產(chǎn)品進(jìn)行重復(fù)的IP勞動(dòng)。分銷商利用這一優(yōu)勢(shì)，以不同比例組合，并針對(duì)不同應(yīng)用進(jìn)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。