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硝烟再起!高端FPGA最终拼什么?

举世最大年夜容量FPGA记录被再度刷新。

这一产品的推出,突破了Xilinx举世三代最大年夜容量FPGA的维持记载,其最新一代大年夜容量FPGA是今年夏天推出的Virtex UltraScale+ VU19P,采纳16nm工艺,基于Arm架构,拥有350亿颗晶体管。

谁在推动FPGA容量赓续攀高?

FPGA(Field-Programmable Gate Array)现场可编程门阵列,因为其硬件并行加速能力和可编程特点,在传统通信领域和IC设计领域很受迎接。分外是伴跟着举世通信市场的成长强盛年夜,FPGA以“万金油”的上风迅速找到了用武之地,成为数字系统中的通用组件。

FPGA潜力之伟大年夜、前景之诱人,使得当时不乏IBM、摩托罗拉、飞利浦这些行业巨子前仆后继去考试测验,但因为其开拓门槛太高,没有坚实的技巧积累和长光阴的投入,很难形成有竞争力的产品。终极仅以美国硅谷四家公司Xilinx、AlteraLatticeMicrosemi为代表,紧紧攻克着主要份额,并铸就了高耸的专利围墙。2015年6月,Intel以167亿美元收购举世第二大年夜FPGA厂商Altera,才算正式进入这一市场,这也创下了Intel有史以来最贵的一笔收购。

伴随5GAI等成长,FPGA在推动立异方面的上风越来越显明,主要体现在三方面:它可以作为先辈的多功能加速器;凭借其机动机能够打造出高度差异化的产品;其硬件可编程机能够满意赓续变更的市场请乞降标准。

而除此之外,FPGA在另一个领域的需求也水涨船高。

一颗芯片从设计到量产,流片环节盘踞大年夜额支出。芯片完全设计出来后,必要按照图纸在晶圆长进行蚀刻,采纳什么样的制程工艺、多大年夜尺寸的晶圆,以及芯片的繁杂程度,都邑影响这颗芯片的流片成功率。许多芯片每每必要进行多次流片才能得到较为抱负的效果,这些掉败流片构成了一大年夜笔用度支出。此外,当芯片制造完成后,假如必要修复硬件设计缺陷,平日必要昂贵的从新设计的用度以及额外的光阴支出。分外是当设备制造出来并交付给终端客户的环境下,办理这些问题的资源会更高,以致远远越过金钱本身的估量。

正由于以上问题带来如斯之高的风险,流片前的仿真和原型设计系统越来越遍及,由于在风险如斯之高的环境下,没有哪个设计团队敢于漠视这项审慎又需要的验证性投资。它能够赞助半导体厂商在芯片制造前发明问题,避免价值高昂的软硬件设计缺陷,带来数百万美元的用度节省。

因为ASIC 仿真和原型设计系统可以赞助设计团队大年夜幅低落设计风险。包括Intel在内的很多大年夜型半导体公司都开拓了自定义原型设计和仿真系统,并在流片前应用该系统来验证自身大年夜规模、高繁杂度、高风险的 ASSP 和 SoC 设计。

ASIC 仿真和原型设计系统支持很多与 IC 和系统开拓相关的事情,包括:

应用真实硬件的算法开拓

芯片制造前的早期 SoC 软件开拓

RTOS 验证

针对硬件和软件的极度前提测试

继续设计迭代的回归测试

那么,超大年夜容量FPGA又能满意哪些利用需求?

跟着半导系统体例造技巧赓续的提高、响应的设计规模以及繁杂度在飞速增长,使得传统的软件仿真已弗成能完全办理功能验证的问题。而且一些必要处置惩罚大年夜量实时数据的利用(如视频)也越来越多,是以要求能够在靠近实时的前提下进行功能验证。FPGA在实现高效的仿真和功能验证方面,被寄予厚望。

ASIC原型设计和仿真市场迫切必要容量更大年夜的FPGA。今朝,市场上已经稀有家供应商供给商用现成 (COTS) ASIC原型设计和仿真系统,对付这些供应商而言,假如能够将更大年夜容量的FPGA 用于其 ASIC 仿真和原型设计系统中,就意味着他们能够在尽可能少的 FPGA 设备中纳入大年夜型 ASIC、ASSP 和 SoC 设计。据懂得,应用Intel最新的Stratix 10 GX 10M FPGA,能够用于耗用亿级 ASIC 门的数字 IC 设计。

如下是该产品在ASIC原型设计、仿真,满意详细的需求方面,与上一代产品比拟带来的机能提升:

超大年夜容量FPGA是若何实现的?

Intel最新宣布的这款元件密度极高的Stratix 10 GX 10M FPGA,是基于现有的Stratix 10 FPGA 架构以及先辈的嵌入式多芯片互连桥接 (EMIB) 技巧。恰是经由过程EMIB 技巧,才交融了两个高密度Stratix 10 GX FPGA 核心逻辑晶片(每个晶片容量为 510 万个逻辑单元)以及响应的 I/O 单元,这也是第一款应用 EMIB 技巧将两个 FPGA构造晶片在逻辑和电气上实现整合的Intel的FPGA。数万个连接经由过程多颗 EMIB 将两个 FPGA 构造晶片进行连接,从而在两个单片 FPGA 构造晶片之间形成高带宽连接。

可以说,Intel推出这款天下上最大年夜型的FPGA不仅仅是产品级的逾越和立异,更是综合实力的表现。

Intel收集与自定义逻辑奇迹部副总裁兼 FPGA电源产品营销总经理Patrick Dorsey在采访中表示,独占的封装技巧,以及能够整合不合半导体晶片的能力,包括 FPGA、ASIC、eASIC 布局化 ASIC、I/O 单元、3D 堆叠内存单元和光子器件等。Intel具备将不合类型的设备整合到封装系统 (SiP) 中的能力,能够满意特定的客户需求,这些先辈技巧彼此结合,构成了Intel独特、立异且极具计谋性的上风。

此前,Intel已经经由过程应用EMIB 技巧将 I/O 和内存单元连接到 FPGA 构造晶片,从而实现了Stratix 10 FPGA 家族的规模和种类赓续扩大。例如:Stratix 10 MX 集成了 8 GB 或 16 GB的 EMIB 相连的 3D 堆叠 HBM2 SRAM 单元,近来宣布的Stratix 10 DX FPGA 则集成了 EMIB 相连的 P tile,具备 PCIe 4.0 兼容能力。

Stratix 10 GX 10M 的目标受众主如果ASIC 仿真和原型设计的客户,赋能下一代5G、AI、收集ASIC验证。Patrick Dorsey强调,因为在AI和5G领域很多中国企业已经冲在前面,是以这款新品对付中国市场而言异常紧张。

高端FPGA未来拼什么?

回首FPGA的成长,很大年夜程度上是由工艺技巧驱动的,很轻易把它的进化当作是简单的容量成长。但事实远非如斯。正如所有的半导体芯片一样,它对付功耗、面积、资源、机能的追求永不止步,分外是在“异构谋略”流行的现在,在其异构平台上资本整合的能力变得越来越紧张。而除了硬件层面的赓续进步,软硬件的协同优化异常关键,从某种程度上以致可以说,软件对象的研发水平抉择了硬件规模和机能所能达到的高度。

Intel在FPGA仿真和原型设计系统的开拓方面,可供给Quartus Prime 软件套件,该套件采纳新款专用IP。面向软件开拓职员,Intel迩来不停在主推oneAPI,它旨在供给统一的编程模型,用于简化不合架构的开拓事情。

应对未来寻衅,英特尔收集和定制逻辑奇迹部副总裁兼FPGA和电源产品部门总经理David Moore指出,以数据为中间的期间紧张的不仅仅是数据量,数据的类型同样必要关注。以类型划分,数据可分为布局化数据、非布局化数据和最佳处置惩罚近源数据。这些数据采纳全新的数据并行化要领,具备新的数字款式和精度特点,并对实时和QoS提出了更高的要求。

从边缘到云,数据大水将将孕育发生深远的影响。这也意味着必要更多硬件和软件的深度定制以及更高机动性。David Moore表示,Intel FPGA的上风在于拥有先辈的多功能加速器支持,自身机动性可助力客户打造高度差异化产品。基于FPGA,Intel构建了一整套体系,包括IA+FPGA办理规划、相助伙伴和生态系统、软件与IP,以及芯片和主板,覆盖从边缘谋略到云端再到收集等领域。

在软件和IP方面,英特尔供给了包括基于 LLVM的SYC++L开源编译器、Intel C++ Compiler编译器、OpenVINO对象包等;详细到垂直细分利用层面,Intel FPGA已渗透到嵌入式、边缘谋略、物联网、收集连接,以及云和企业等领域。Patrick Dorsey以Intel PAC D5005在AI领域对深度语音识别的加速、PAC Arria 10 GX FPGA对视频阐发加速的两大年夜规划为例,指出了Intel不合于其他加速卡产品的最大年夜差别:Intel拥有从端到云的完备加速卡产品线,同时供给较完备的硬件+平台+行业标准的办理规划,能够赞助用户快速将产品推向市场。

此外,Intel形成了包括FPGA、eASIC、ASIC在内的一系列自定义逻辑办理规划组合,凭借可编程性、可扩展性、低时延性、高存储容量等特征,不仅供给更多选择以及跨全部产品生命周期的机动优化,并且有效赞助客户缩短上市光阴,低落总拥有资源。

当然,在这些根基上,重中之重还在于生态系统的扶植。Patrick Dorsey在回答高端FPGA开拓寻衅这个问题时就强调,生态系统的搭建举足轻重。英特尔在做更多FPGA平台级的开拓,建立更多软件的客栈,推动更多主板的开拓事情,努力想创造一些新的市场机遇。这也要求FPGA有更多的能力去适应新利用处景,意味着必要和更多的系统集成商、增值办事渠道商相助,合营推动FPGA的成长。

显然,不论是软硬件协同成长,照样扩大年夜生态系统,终极都指向了“易用性”这一最终目标。

易用性对付FPGA的下一个阶段至关紧张。若何最大年夜程度开释硬件机能、若何简化跨不同谋略架构利用法度榜样的开拓事情,成为为数不多的FPGA玩家合营面临的难题。

至于这种易用性若何实现?是经由过程更好的软件对象,更高档的设计筹划,照样更为先辈的工艺、封装技巧?大概,谜底并不独一,就像所有的人生履历都必要沉淀,所有的成功都必要积累,经历过利用查验后的产品终极会在市场上大年夜放异彩。

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