eFPGA和FPGA SoC对比,谁才是可编程的未来?

2017-11-02 10:27:38 来源:半导体行业观察
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近年来,在终端应用转变,传统芯片面临材料和架构瓶颈等现状的影响下,市场对FPGA的关注达到了前所未有的高度。但传统单纯的FPGA似乎不能满足多样化的需求,从而延伸出eFPGA和FPGA SoC这两个方向。新的嵌入式FPGA和业界一直在努力整合的FPGA SoC,谁会是未来的选择?

 
eFPGA:冉冉升起的新星
eFPGA即嵌入式FPGA(embedded FPGA),是近期兴起的新型电路IP。
 
随着摩尔定律越来越接近瓶颈,制造ASIC芯片的成本越来越高。因此,设计者会希望ASIC能实现一定的可配置性,同时又不影响性能。在希望能做成可配置的模块中,负责与其他芯片或者总线通信的接口单元又首当其冲。在芯片中,模块间的通信往往使用简单的并行接口或者配合简单的时序逻辑,但是在芯片间通信时为了保证可靠性,必须通过一系列握手(handshake)协议来完成通信接口。设计者往往希望自己的SoC能够与市面上尽可能多的其他芯片通信,然而市场上的芯片通信接口并没有一个统一标准,同时一些通信协议也在随着时间不断更新换代,因此芯片间通信往往需要一些中介(bridge)芯片。事实上,使用FPGA芯片作为芯片间通信的中介已经是很常见的做法,因为FPGA具有可配置性,因此可以作为通用通信中介。例如,Apple在iPhone7中集成了一小块Lattice的FPGA芯片,据推测就是为了实现芯片间的通信中介和可配置互联。然而,在硬件系统中使用额外的通信中介芯片成本较高,而且也不利于维护,那么,有没有集成度更高的方案呢?这时候,eFPGA就应运而生,通过把一小块FPGA电路IP集成到SoC中充当接口握手协议处理单元,可以大大提高SoC接口的灵活性,因此能与不同的其他芯片进行通信。
 
除此之外,随着目前异构计算架构的兴起,eFPGA又看到了一种新的可能,即在SoC上实现高集成度的异构计算,让eFPGA随着系统的需求在处理不同的应用时配置成不同的模块。这与Intel收购Altera FPGA的终极目标相同,只是Intel收购Altera之后,Altera的FPGA IP只会集成在Intel的芯片上,而eFPGA厂商则可以把IP提供给任何花钱购买的客户。
 
 
eASIC概念第一次进入大众视野可以说是2014年,由UCLA的Cheng C. Wang,Fang-Li Yuan和Dejan Markovic等人在ISSCC发表的文章,“A Multi-Granularity FPGA With Hierarchical Interconnects for Efficient and Flexible Mobile Computing”。在这篇文章中,作者们通过创造性地设计互联单元,一举解决了FPGA的功耗、性能和成本受到布线资源限制的问题,从而使得eASIC集成到SoC中真正变为可能,而该论文也因其突出贡献获得了ISSCC Lewis Award。之后,Cheng C. Wang,Fang-Li Yuan和Dejan Markovic就利用该论文中的成果成立了FlexLogix,推广eFPGA的概念,并使其真正能够商用化。
 
到了今年,eFPGA的概念已经获得了业界的广泛认可,而该领域的公司也在慢慢变多。在前几天举行的ARM TechCon中,我们看到了四家公司,分别是FlexLogix,Achronix,QuickLogic以及Menta。
 
FlexLogix作为eFPGA的先驱,在本届ARM TechCon上推出的新亮点是用于2.5D封装的小型FPGA芯片。该芯片主要解决的问题是,如果ASIC使用成熟工艺(如65nm)实现,但是eFPGA在65nm上跑不到预期的性能怎么办?使用FlexLogix的小型FPGA芯片,就可以把16nm的eFPGA和65nm的ASIC使用硅载片(silicon interposer)之类的2.5D封装技术集成到一起,从而实现客户所需要系统性能。
 
 
Achronix的亮点则是高速eFPGA IP。其最新一代的Speedcore IP将会在TSMC 7nm工艺上实现,从而实现最强的性能。另外,Achronix的Speedster FPGA芯片也在出货中。作为首家eFPGA进入量产芯片的公司,Achronix2016-2017年收入猛增,值得关注。
 
 
 
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