广告

嵌入式FPGA:过去、现在及未来

时间:2022-03-08 09:02:53 作者:Majeed Ahmad,EDN主编 阅读:
eFPGA的大量应用,宣示着它的时代终于到来。预计在未来的五到十年内下线的芯片中,一大部份都会含有一定程度的eFPGA成份,并暗示着在不远的将来,eFPGA定将大有前途...
广告

嵌入式现场可编程逻辑栅阵列(eFPGA)的大量应用,宣示着它的时代终于到来。搭载此技术的芯片被应用在无线基础设施、人工智能(AI)、智能存储器,甚至是成本敏感微控制器上。它和中央处理器(CPU)与数字信号处理器(DSP)一样是系统单芯片(SoC),而且无论是在使用1,000个还是500,000个查找表(LUT)的硬件中,都能动态地重新配置硬件逻辑。

为了更加了解这项兴崛起中的编程技术,EDN访问了Flex Logix Technologies的IP业务、行销及解决方案架构副总裁Andy Jaros。Flex Logix是一家在2014年成立的IP公司,它们标榜能提供高密度FPGA结构,用于促进逻辑可重编程性,让设计工程师免于繁重业务。

在访谈的一开始,我们向Jaros请教了这项科技的起源。Jaros是半导体产业的老手,职场经验囊括了安谋(ARM)、摩托罗拉(Motorola)、ARC,以及新思科技(Synopsys)。

发展史︰不算太快

eFPGA的曲折历程要由1990年代说起。长久以来,半导体业界一直试图在ASIC中结合LUT以增加其灵活性。但是,它并不像FPGA一样拥有可靠的工具链,因此缺乏工具一直是在芯片中使用eFPGA IP的绊脚石。

Jaros回忆起在这几十年来,一直都有人宣称做出了eFPGA结构。他说︰”有些老半导体厂的人说,他们早在二、三十年前就做出来了,但他们建设eFPGA的方式其实占了很大的空间。”

传统的FPGA使用的是网络互连(mesh interconnect),且互连在FPGA中占了80%的空间。Flex Logix共同创办人王成(Cheng Wang)开发了一种阶层式的互连(hierarchal interconnect),所占空间只需要网络互连的一半。这大大提升了空间及成本效益。身为eFPGA IP的供应商,Flex Logix表示其互连方式可达90%的利用率,而离散式FPGA使用的网络互连只有70%的利用率。

图1 ︰ eFPGA可轻易地在不同大小的汇流排上最佳化。(来源︰ Flex Logix)

现况︰生意兴隆

eFPGA技术的用途十分广泛,因为它能支援的对象从小型到大型都有,应用方式非常多元。eFPGA的功能就像现成的FPGA芯片一样,能在几天之内传送任何大小的阵列。Jaros说︰”ASIC公司正大力地拉拢我们,因为将FPGA功能整合在ASIC内能提升性能,并从系统的层次降低电力消耗与成本。”这让设计工程师得以完全抛弃FPGA,或是选用更便宜的FPGA,端看应用的需求。

Jaros也提到,有些传统上使用FPGA的系统公司也跟上了这些ASIC伙伴的脚步,开始探索eFPGA IP。这是因为它们能减少系统厂中间的堆叠量。另外,由于市场需求随时都在快速变迁,诸如汽车OEM和Tier 1供应商等系统厂无法花上一年来研发新的产品特色。”因此,某些暂存器转移层(RTL)的组态比十年前的样子合理得多了。”

同时,有些高端的微控制器(MCU)开始结合硬件加速器,从而为类神经网路AI处理或是专有程式码加速。这些状况多半会用到16,000到20,000个LUT。接着,Jaros发现混合信号公司对eFPGA也有极大的兴趣。他说︰”状态机是唯一会在数位方面改变的东西。因此,混合信号设计师正期待着eFPGA能为状态机多加一层可配置性,而无需再投资于MCU或完整的软件操作流程。”

图2 ︰ Flex Logix的eFPGA主体是EFLX 4K ,它包括两种版本︰全逻辑以及带有乘积累加运算(MAC)的逻辑。(来源︰ Flex Logix)

未来︰与离散式FPGA竞争?

许多人认为eFPGA产业会威胁到独立型FPGA,但英特尔(Intel)和赛灵思(Xilinx)在研发的其实是更复杂的产品。Jaros表示︰”英特尔和赛灵思正朝向范围更大的FPGA转型,以支援超大规模的资料中心,因此他们为其FPGA加上了硬件CPU子系统。我认为eFPGA并不至于影响到Intel和Xilink,因为他们卖的是更大、更贵、功能更多样的FPGA。”

Jaros也补充说明,eFPGA产业的互补性很高。”我们和Intel及Xilinx的人员讨论过,他们完全不认为这两者有冲突。”这也是因为产业部门非常多样化,而其所要求的可重组性各不相同,因此eFPGA公司与传统FPGA公司的冲突应该不大。

图3 ︰ eFPGA IP供应商认为并不会与FPGA公司有所冲突。(来源︰ Flex Logix)

试图自行掌握供应链的公司也是推动eFPGA业务的另一个动力来源。他们可能拥有自家MCU或是ASSP,并依此建立了软件堆叠。因此,如果多了一些eFPGA的可重组性,他们便能更动安全演算法或是专有程式码。

多家供应商都提供了eFPGA IP。相较之下,虽然eFPGA的整合性较高,但在某些特定场合,FPGA的密度比较合用。另外,在处理节点不断微缩的潮流下,eFPGA也愈来愈受到喜爱。Flex Logix已能支援从180纳米到5纳米的处理节点,并正积极参与3纳米的芯片设计。

Jaros如此下结论︰”我们发现人们越来越乐意以少部份空间来换取可配置性,因此,在接下来五到十年内下线的芯片中,一大部份都会含有一定程度的eFPGA成份。”日新月异的标准与独特的AI演算法都支持着这个论述,也暗示着在不远的将来,eFPGA将大有前途。

责编:Amy.wu
本文为EET电子工程专辑原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 通过RISC-V发挥FPGA的架构灵活性并简化设计流程 微处理器传统上一直主导着计算领域,在需求更多算力的推动下,硅基器件在密度方面不断得到提升。按照摩尔定律,每隔两年,晶体管密度就会翻番,这无疑是技术创新的金矿。在这场“淘金热”中,考虑到定制硅涉及的专业知识和费用,几家大型半导体公司已在市场上斩获了稳固地位......
  • 如何为卫星应用选择合适的LDO LDO 有助于确保为性能取决于干净输入的元件提供稳定的低噪声和低纹波电源。但是,市场中有如此多的LDO,如何为子系统选择合适的耐辐射器件呢?
  • 英特尔处理器成品库存连续五季攀升,市值首次被AMD超越 2月14日情人节当天,AMD完成对可编程逻辑器件(FPGA)巨头赛灵思(Xilinx)的收购,除了壮大产品线之外,此举还直接让AMD的市值在历史上首次超越了老对手英特尔。从英特尔去年第四季财报可见,该公司成品库存连续五季攀升,去年底堆在仓库的处理器总值更创下前所未见的新高,这可能意味过去一年来英特尔市占流失太快……
  • 500亿美元完成赛灵思收购案,明年首款采用 Xilinx AI IP AMD对收购赛灵思的交易事项正式敲定。据AMD称,这项交易于2020年10月宣布,最初的估值为350亿美元,但已随AMD股价水涨船高,AMD对赛灵思的收购成了芯片行业创纪录规模的交易,价值约为500亿美元。本次交易也使得AMD在关键的数据中心市场获得额外优势。
  • 美国以“参与导弹技术扩散活动”为由,宣布制裁三家中国 1月21日,美国“联邦纪事”网站发布文件称,美国务院以所谓“参与导弹技术扩散活动”为由,对中国航天科技集团一院、中国航天科工集团四院及保利科技公司三家中国企业和下属研究机构实施制裁。
  • 把控JESD204B接口功能的关键问题 JESD204B标准提供一种将一个或多个数据转换器与数字信号处理器件接口的方法(通常是ADC或DAC与FPGA接口),相比于通常的并行数据传输,这是一种更高速度的串行接口。该接口速度高达12.5 Gbps/通道,使用帧串行数据链路及嵌入式时钟和对齐字符。
  • 新款iPad Pro 2021成最受欢迎的 由于采用性能相对强大的M1处理器和mini-LED屏幕以及更多的创新,新款iPad Pro 2021已经成为消费者心目中最受欢迎。然而,iPad 2却已经在全球范围内被列入“复古和过时”的名单中。
  • 三星折叠屏手机Galaxy Z Fold 3 目前来看,折叠屏新机作为一种新的生产力工具,逐渐成为高端/平板的一种趋势,有报料称三星的Galaxy Z Fold 3发布时间或为7月,并且会引入新手势操控。
  • Porotech动态像素调整技术实现Micr 由于我们彻底巅覆 GaN 的半导体材料和结构技术,让我们突破在单位像素上呈现全光谱颜色。同时,PoroGaN微显示平台的光电特性,简化了电子和光电系统设计集成的过程。目前微米纳米级的Micro-LED 和 Mini-LED 显示器在制造所需的多阶段工艺仍然具有挑战性,凭借 Porotech 的多孔氮化镓 (GaN) 技术和架构平台,可以大幅简化现有质量转移(Mass Transfer)或拾取和放置(Pick-and-Place)等Micro-LED制程。
  • 豪威集团在AutoSens展会上首次推出 OAX4600可实现无缝隙的驾驶员/乘员监控系统功能和灵活的汽车设计,在较小的封装内集成低功耗的RGB-IR ISP和两个NPU 
广告
热门推荐
广告
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了