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定制化IP助Achronix 嵌入式FPGA产业更进一步

时间:2017-10-23 作者:张迎辉 阅读:
虽然FPGA市场巨头继续由Xilinx和英特尔旗下的Altera两家把持,但这并不能阻止嵌入式FPGA (eFPGA)在SoC设计上的发展步伐。
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虽然FPGA市场巨头继续由Xilinx和英特尔旗下的Altera两家把持,但这并不能阻止嵌入式FPGA (eFPGA)在SoC设计上的发展步伐。美国两家公司Achronix和Flex Logix,都在积极推动嵌入式FPGA,即以FPGA IP授权的方式,给SoC芯片厂商提供更多的芯片设计方案,目的以更低的成本获取FPGA的功能,更好地帮助创新公司开发出人工智能/机器学习、5G移动通信、汽车ADAS、数据中心和网络应用上的产品。嵌入式FPGA的优势逐渐在上述创新领域得到应用,新的技术也在不断地得到验证。Achronix公司日前推出了可定制化单元,Speedcore Custom Blocks,将eFPGA的性能进一步提升,同时还可以缩减芯片的面积和功耗。
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Achronix半导体市场营销副总裁Steve Mensor(上图)在深圳新品媒体发布会上对电子工程专辑记者表示,eFPGA Speedcore这个产品在2015年开始与客户进行项目评估后,在2016年第三季度实现了向首批客户供货。目前采用TSMC 16纳米工艺的客户的芯片已经量产。在2018年上半年还将完成TSMC 7纳米工艺的测试芯片和首批设计。“2016年Achronix的营收有近25%来自于eFPGA,2017年继续保持强劲的增长,公司的营收预计将超过1亿美元。” Steve Mensor自豪地对告诉电子工程专辑。

Steve表示,随着新一波智能数据密集型应用的兴起,基于传统的CPU架构已经无法满足这些新应用中计算需求的指数级增长,推动了对全新的、异构的、带有可编程硬件加速器的计算架构的需求。Speedcore eFPGA提供了性能最高而成本最低的硬件加速,而现在借助Speedcore custom blocks定制单元模块,过去在独立FPGA运算结构中运行缓慢且消耗大量资源的功能,都可以面向最高性能和最小片芯面积这些目标进行优化。
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“传统FPGA价格昂贵,客户会尽量地寻找灵活但是更低成本的方案,eFPGA产品既需要强大的功能来替代FPGA,同时也需要有更灵活的定制化设计。最新一代Achronix的Speedcore custom blocks最大可以达到 200万个寻找表,同时可加入客户定义的功能块列。”Steve介绍道。

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他表示,将Speedcore eFPGA放到SoC芯片中,可以将原来采用的独立FPGA的面积缩小最多达6倍。
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通过为矩阵乘法运算优化数字信号处理器(DSP)和存储单元块,基于卷积神经网络(CNN)的YOLO目标识别算法的芯片面积被缩减了超过40%。
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如果用Speedcore custom blocks定制单元块来实现,需要并行比较器阵列的大型字符串搜索功能的片芯面积可以缩减超过90%。

桶形移位器(Barrel shifter)和二进制位处理结构也可以在Speedcore custom blocks定制单元块中完全实现,从而在同样的面积中实现更大的、更精妙的应用,提升了可获得的频率。
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一个运行在800MHz的400Gbps包处理数据通道的核心功能也可以用Speedcore custom blocks定制单元块来实现,其可编程逻辑管理分析和控制功能。今天的FPGA独立芯片不能为包处理应用提供这么高的数据吞吐量。
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Speedcore Custom Blocks定制单元块的定义过程

Speedcore custom blocks定制单元块由Achronix与其客户共同定义,这需要一个详细的加速工作负载架构分析,作为性能和/或面积瓶颈的重复性功能被评估为潜在目标,有可能被硬化而进入Speedcore custom blocks定制单元块。随后,Achronix将为客户提供一个用于基准测试和评估的新版ACE设计工具,它包含了带有定制单元块的、新的Speedcore eFPGA。根据需求,该过程可以被多次迭代,为客户的系统创建优化的解决方案。

eFPPGA的成长预测

Steve Mensor表示,业界领袖级公司对于Speedcore custom blocks定制单元块非常感兴趣,他预测eFPGA IP业务的增长速度会很大,20%的业绩会来自取代现有的传统FPGA芯片市场,另外80%的成长都会来自于新的市场需求。

与友商的竞争优势?

美国另一家eFPGA厂商不久前也宣布了与TSMC工艺(16FFC/FF+, TSMC 28HPM/HPC和 TSMC 40ULP/LP)成熟的新闻稿,电子工程专辑记者向Steve 提问Achronix与前者作为eFPGA IP的供应商,二者有何区别时,Steve回应表示,第一是Achronix是一家有着超过13年历史的独立FPGA芯片的公司,既能理解客户的需求,也非常理解工程师们设计中将会遇到的问题。其次是Achronix为客户可以提供完整的设计工具,这一点对于FPGA设计工程现来说非常重要。

Steve介绍,Achronix的ACE设计工具全面支持Speedcore custom blocks定制单元块,可以与存储器和DSP单元块相同的方式,提供从设计捕获到比特流生产和系统调试等功能。Achronix为每个Speedcore custom blocks定制单元块创建了一种独有图形化用户接口(GUI),它可以管理所有的配置规则。ACE拥有Speedcore custom blocks定制单元块所有配置的完整的时序细节,支持ACE去完成各种设计基于时序的布局和布线。客户可以用强大的版图规划器来优化设计,并为所有的单元实例去制定局域或者定点的任务安排。ACE还包括一个关键路径分析工具,它可以支持客户去分析时序。客户还可以使用ACE强大的Snapshot嵌入式逻辑分析仪,去创建复杂的触发器并展示Speedcore内的实时信号。

以下是四张关于ACE设计工具的介绍的PPT,供工程师朋友们参考学习。
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