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嵌入式FPGA IP产品Speedcore加速SoC设计

半导体行业观察  · 公众号  · 半导体  · 2016-10-17 08:53

正文


当前,各种IC的集成度越来越高,这也促使IP产业蓬勃发展。而在所有产品当中,还从未出现过FPGA以IP的形式实现商业应用。原因主要有两个:一是成本高,二是技术难度大,还没有公司提供过。而随着半导体技术和市场的发展,目前各方面条件已经成熟,是时候推出FPGA IP了。目前,全球FPGA市场规模约为50亿美元,这其中的嵌入式FPGA(embedded FPGA ,eFPGA,将FPGA以IP形式集成入SoC)市场规模约为10亿美元。而全球ASIC市场规模巨大,超过1000亿美元,如果能够突破50亿美元的FPGA市场,打入ASIC应用市场的话,嵌入式FPGA将大有可为。



“FPGA作为IP集成到SOC芯片中会有很多内在的优势,长期以来,设计人员一直在寻找嵌入式FPGA用于众多不同的高性能应用,”市场研究公司Semico的ASIC与SoC首席分析师Richard Wawrzyniak表示。“若能向开发高性能计算产品的客户提供eFPGA IP产品,为其实现从处理器卸载那些高密度计算任务到FPGA IP中,则可带来显著的性能提升。面对庞大且不断增长的高性能计算应用市场,eFPGA产品对于开发商将是一个令人激动的机会,也是半导体行业的巨大进步。”

基于此,Achronix Semiconductor公司于近期推出了可集成至SoC中的Speedcore 嵌入式FPGA IP产品,并即刻开始向客户供货。Speedcore专为计算和网络加速应用而设计,它和Achronix的Speedster 22i FPGA基于相同的高性能架构,而后者已于2013年开始量产出货。Speedcore eFPGA产品使用Achronix成熟的、经过验证的ACE软件设计工具。

利用Speedcore IP产品,客户可以针对其应用来定制最佳的芯片面积、功耗和资源配置。客户可以定义查找表(LUT)、嵌入式存储器以及DSP的数量。此外,客户可以定义Speedcore的宽高比、I/O端口的连接,还可以在功耗和性能之间进行权衡。Achronix提供了Speedcore IP产品的GDS II文件,客户可直接将其集成至自己的SoC中;Achronix还提供了其ACE设计工具的一个定制化的全功能版本,客户可用来对Speedcore eFPGA的功能进行设计、验证和编程。

“多年以来,不同的公司都一直在谈论eFPGA产品,但Achronix的Speedcore是首款向客户出货的eFPGA IP,它是游戏规则的改变者,”Achronix 董事长兼首席执行官Robert Blake表示。“Achronix曾是第一家提供带有嵌入式系统级别IP的高密度FPGA的供应商。我们正在使用相同的、经过验证的技术向客户提供我们的eFPGA产品,这些客户都希望将ASIC设计的各种高效能和eFPGA可编程硬件加速器的灵活性结合在同一款芯片中。”

谈到市场预期时,Robert Blake显得信心满满,“我们eFPGA的发展目标不仅仅是50亿美元的FPGA市场,而是要向更广阔的ASIC市场拓展。我们的短期目标是:1~5年内,计划拓展出1亿~2亿美金的市场份额。

Speedcore实现极佳的硬件加速

数据中心和企业中的计算与通信基础设施在指数级数据增长速率、不断变化的安全和软件虚拟化要求面前,很难再保持同步。传统的多核CPU和SoC需要可编程硬件加速器来预处理和卸载数据,从而提升其计算性能。FPGA是最佳的硬件加速器解决方案,因为随着算法的不断变化,加速器需要不断用新的功能来实现更新。对于低至中容量应用,独立的FPGA芯片是一种方便且实际的解决方案;然而,对于高容量应用,Speedcore是理想的解决方案,其可以提供的显著优势包括:

•更低的功耗:

Speedcore以内部连线方式直接连接至SoC,从而省去了在外置独立FPGA中可见的大型可编程输入输出缓冲(IO buffer)。可编程输入输出电路的功耗占据了独立FPGA总功耗的一半。


Speedcore的芯片面积可以根据客户最终应用的需求而定制。


为了更低的功耗,客户可以调整工艺技术来实现性能的平衡。




•更高的接口性能:

相比独立的FPGA芯片接口,Speedcore IP 的接口延迟更低、性能更高。Speedcore通过一个超宽的并行接口连接至ASIC,而独立的FPGA通常通过一个高延迟的串行器/解串器(SerDes)架构进行连接。



•更低的系统成本:

因为省去了可编程输入输出缓冲(IO buffer)架构,Speedcore的芯片面积比独立的FPGA小得多。


由于FPGA拥有较高的引脚数,为了支持这些引脚的扇出,PCB需要较多的层数,采用Speedcore IP可以避免这个问题。另外,Speedcore省去了对独立FPGA周边所有支持性元器件的需求,这些元器件包括电源调节器、时钟发生器、电平位移器、无源元件和FPGA冷却器件。

•更高的系统可靠性和良品率:

将FPGA的功能集成至一片ASIC中,可消除在印制电路板上放置一颗独立的FPGA所造成的可靠性和良率损失。


工艺技术


Speedcore以模块化方式构建,以便为客户在定义其资源需求时提供灵活性上的支持,同时也支持Achronix针对此需求快速配置Speedcore IP 产品以实现交付。此外,模块化架构也支持Achronix方便地将这项技术移植到不同的工艺技术和金属叠层上。现在已经可以提供基于台积电(TSMC)的16纳米FinFET Plus(16FF+)工艺的Speedcore IP产品,并且正在开发基于台积电的7纳米工艺的IP。

Achronix CAD开发环境(ACE)


Achronix的所有FPGA产品均使用其成熟的ACE软件设计工具,它还内置了对Synopsys Synplify-Pro的支持。Achronix仿真库也获得了广泛的支持,包括Mentor Graphics的ModelSim、Synopsys的VCS、以及Aldec的Riviera-PRO。




Achronix的ACE设计工具包括一个Speedcore的实例,客户可以立即用它来编译其设计,以在性能、资源使用和编译时间等方面评估Speedcore IP。此外,Achronix拥有关于Speedcore功能和ASIC集成流程方面的完整文档。希望了解Speedcore芯片面积和功耗等信息的客户可以联系Achronix,以获取其特定Speedcore尺寸及工艺的详细资料。


该公司现在已可以全面提供Speedcore IP产品。在本次发布之前,所有与Speedcore相关的信息和客户讨论都是保密的。而在保密期间,Achronix就已经完成了多项Speedcore设计。随着本次发布,感兴趣的公司可以访问www.achronix.com/Speedcore获得关于这些产品的全面信息。

Speedster 22i FPGA产品系列

除了Speedcore IP产品外,该公司自2013年开始量产Speedster22i FPGA产品,该系列拥有多达100万个有效查找表(LUT)、86Mbit嵌入式存储以及硬件嵌入式接口,这些接口可支持10G以太网、DDR3、PCIe和Interlaken。Speedster22i FPGA系列采用英特尔的22纳米3-D Tri-Gate FinFET工艺打造,为有线通信、测试与测量等应用提供了最低的成本和功耗。
Achronix还提供基于Speedster22i FPGA的PCIe开发板,包括最近发布的PCIe Accelerator-6D加速板,可用于加速计算与网络系统。









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