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风雨30年:聆听FPGA王者的灵思感悟

2014/06/23
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30年前,赛灵思创始人Ross Freeman的灵机一动促使FPGA面世,他的梦想很简单:给工程师一个空白芯片,让他们可以自由编程。从此它一路前行,创造了很多第一:推出第一款FPGA,研发出第一款嵌入了处理器的FPGA,制作出第一个3D架构的FPGA,成立第一家fabless公司,发明第一个HLS开发工具Vivado…随着这些“第一”级产品的推出,它把FPGA的市场份额做到第一,并成为半导体行业的领跑者。

在30岁的而立之年,赛灵思已经硕果累累,它不仅推出了一个改变产业格局的FPGA的产品,而且从可编程逻辑器件制造商,变为All Programmable FPGA、SoC和3D IC的全球领先企业,更重要的是它已经从点到面构建了一个健全的生态系统。在赛灵思成立30周年之际,笔者采访了赛灵思公司亚太区销售与市场副总裁杨飞先生。

赛灵思公司亚太区销售与市场副总裁杨飞

 

EEFOCUS:经过30年的发展,赛灵思在FPGA领域的地位已经举足轻重,那么回顾这30年的发展历程赛灵思都有哪些得失?有哪些里程碑式的事件对公司的发展起到了决定性的作用?

杨飞:1984年赛灵思发明FPGA,从此开辟了一个持续至今每年营收逾20亿美元的行业新领域。此后硕果累累,实现了全球首推28nm FPGA芯片,并与台积电合作于2012年全球首次实现了28nm FPGA的量产。作为全球第一个推出28nm器件的半导体企业,Xilinx在28nm做得非常成功,是赛灵思有史以来推出的最丰富、技术范围最广、增值性最强的产品,市场的占有率达到70%。

2012年4月,面向未来十年的 “All Programmable” 器件赛灵思 Vivado 设计套件震撼登场,赛灵思进入了全面可编程的时代,从简单的可编程逻辑器件制造商,变为All Programmable FPGA、SoC和3D IC的全球领先企业,已经不单单着重于硬件,包括工具、计算方法、IP,变成了全方位发展,Vivado的面世使得更多的软件工程师能够参与到研发过程中,是一个业界重大的突破。

在过去的一年中,赛灵思实现了多个行业第一,持续为业界提供最具创新和竞争力的产品和技术。 凭借Vivado设计套件、UltraFast设计方法和以Vivado HLS为核心的All Programmable 抽象化计划,赛灵思的领先之路非常明确。

每一次赛灵思的重大发布都引起业界震动,赛灵思一次次引领行业变革和推动行业创新的历史包括:

公司转型大事记 —— 从可编程逻辑到All Programmable 和 Smarter System

• 2013年9月11日Xilinx与生态伙伴启动将软件、模型、平台和基于IP设计环境融为一体的All Programmable抽象化计划,致力于满足更多系统和软件、硬件开发人员的需求并将生产力提升高达15倍
• 2013年3月6日Xilinx 发布新一代 Smarter 网络和数据中心解决方案 填补日益扩大的 ASIC 和 ASSP 市场空白
• 2012年4月25日面向未来十年的 “All Programmable” 器件 赛灵思Vivado设计套件震撼登场

 

20nm/16nm大事记——继续领先一代
• 2014年5月15日Xilinx首批Virtex UltraScale FPGA发货 将业界唯一20nm高端产品系列单芯片应用扩至500G
• 2014年2月26日Xilinx为业界首款All Programmable MPSoC 推出UltraScale多重处理架构 2013年11月11日Xilinx业界首款20nm All Programmable产品开始发货
• 2013年10月21日Xilinx与台积公司宣布全线量产采用CoWoSTM技术的28nm All Programmable 3D IC系列
• 2013年7月10日Xilinx采用行业首个ASIC级可编程架构UltraScale 之首款20nm All Programmable器件开始投片
• 2013年5月Xilinx与台积公司联手采用16FinFET工艺打造拥有最快上市最高性能优势的FPGA

领先一代: 28nm 大事记
• Xilinx为业界首款All Programmable MPSoC 推出UltraScale多重处理架构
• 2013年2月Xilinx 宣布 Zynq-7000 All Programmable SoC 系列全线量产 IP
• 2012年7月18日Xilinx 首批 Artix-7 FPGA 正式出货 为便携式和小型产品树立全新性能标准 
• 2012年5月赛灵思正式发货全球首款异构 3D FPGA – Virtex®-7 H580T FPGA
• 2012年4月面向未来十年的 “All Programmable” 器件 赛灵思 Vivado 设计套件震撼登场
• 2012年3月赛灵思宣布业界首款 28nm FPGA 开始量产
• 2011年3月全球首个 28nm 器件 — Xilinx Kintex-7® 325T FPGA 从赛灵思开始发货
• 2011年3月赛灵思推出行业第一个可扩展处理平台 Zynq-7000 产品系列

Vivado 大事记 —— 面向未来十年All Programmable器件,引领设计方法和设计理念的转变

• 2013年10月28日Xilinx Vivado设计套件加入全新UltraFast设计方法,帮助采用Vivado设计套件的设计团队加速设计进程,准确预测设计进度
• 2013年10月28日Xilinx发布Vivado Design Suite 2013.3版本,新增最新UlstraFast设计方法及新一代即插即用IP和部分重配置功能,丰富设计流程,实现前所未有的IP易用性, 进一步提高设计生产力
• 2013年4月 Xilinx Vivado 设计套件加速集成和系统级设计继续领先一代
• 2012年11月 Xilinx推出 Vivado 设计套件 WebPACK 版本
• 2012年10月 Xilinx发布Vivado设计套件2012.3将生产力提升数倍
• 2012年7月 Xilinx新一代 Vivado 设计套件首次面向公众开放
• 2012年4月 “可编程颠覆之作”行业首个SoC 增强型设计套件Vivado推出


EEFOCUS:未来,FPGA产品可以预见的技术创新有哪些?工艺、架构、封装以及其他?

杨飞:结合工艺、架构、IC、交付能力、以及软件等多方面长项,赛灵思得以在28nm领先一代,并继续在20nm及16nm时代保持领先地位。首先,这个行业的门槛非常高,各方面都要求做到非常专业。因为做FPGA不仅是做芯片,还要做软件、IP和设计工具。有了设计工具和软件之后,要让它们更快上市并投入应用,必须提供一整套针对特定应用或者特定领域的包括工具、软件、套件,甚至还要有参考设计在内的设计平台,从而降低应用门槛,并让工程师们能够上手即用,专注创新,加速上市。赛灵思每年研发投入4亿美元左右,约占公司营收的20%。此前赛灵思耗时4-5年打造了面向未来10年All Programmable 器件的Vivado设计套件,也证明了我们在研发上的实力。这些都是行业新进厂商非常难以实现的。

 

EEFOCUS:FPGA厂商的竞争格局是否已趋于稳定不会再有大的变化?赛灵思如何看待自己在未来的发展,对下一个30年有怎样的预期?

杨飞:赛灵思长盛不衰的基因,我们应该说是创新。回顾赛灵思走过的30周年,创新就是赛灵思的DNA, 也是赛灵思在不同的历史阶段持续领先的核心竞争力。这个创新包括:
• 理念上的创新:1984年赛灵思发明FPGA从此缔造了一个新的行业, 还有Fabless的创意,从此成为之后几乎所有半导体企业实行的半导体代工模式;
• 包括产品技术上的创新: 从硬件到软件, 从数字到模拟,从单芯片到同构和异构的3D芯片, 还有全球首款也是唯一ASIC级架构打造等等,赛灵思引领FPGA实现着一个个历史性的突破,也引领着数万客户与之共同居于行业和领先的地位;
• 在应用上的创新, 从通信到消费、汽车、医疗、科学、视频监控、工业自动化等等更广阔的应用领域,赛灵思的触角在几乎所有遍布电子行业;
• 在市场前瞻上的创新:从FPGA 到 SoC, 从PLD 市场到 ASIC/ASSP市场;
• 最后还有在降低设计门槛上的创新:包括参考设计在内的专用设计平台的打造,包括从Vivado HLS 对软件工程师进入FPGA设计的支持,包括UltraFast 设计方法的打造等, 使得更多的工程师可以应用FPGA创新,这无疑为基于FPGA的创新打开了更广阔的大门。

所有这些创新让赛灵思的市场之饼越做越大,道路越走越宽广。当然,可编程势在必行的市场大趋势也是推动赛灵思不断发展的重要动力。众所周知的Fabless无生产线半导体行业模式也是赛灵思所开辟,成为以后无数半导体企业采用的商业模式。

 

EEFOCUS:工艺节点到了14nm以后,对FPGA厂商的挑战将从技术、产品转变为应用需求,赛灵思应对这一挑战的策略是什么?

杨飞:在过去几年里,赛灵思一直在从行业领先的FPGA厂商向Smarter System All Programmable解决方案提供商转型。在28nm工艺节点上,赛灵思的解决方案能够取代整个ASSP和ASIC,这就是说赛灵思All Programmable器件配备合适的IP和软件,能够成为实现众多最终产品所需的唯一重要集成电路器件。

为达到这一水平,赛灵思已经在芯片产品、IP开发和收购方面斥资逾10亿美元。开发的项目包括设计和成功推出基于28nm工艺技术的三大类、五个独特系列的All Programmable FPGA产品。这些进步开创出了作为All Programmable解决方案基石的All Programmable产品组合。但是如果没有先进的工具协助将器件用于特定的任务,赛灵思的客户没有能力也永远不可能充分发挥赛灵思芯片器件的全部功能,这样赛灵思28nm器件系列也就体现不出其特色。事实上这些器件需要更先进的工具,因为它们的纯芯片功能已经涉及到复杂ASSP和ASIC器件的范畴。

因此,这些28nm器件需要借助新的工具来充分发挥它们的功能。这就是赛灵思为何要用数百名员工历时四年时间来开发Vivado设计套件的原因。Vivado设计套件是业界首款专门针对All Programmable器件开发的SoC增强型设计套件。赛灵思Vivado设计套件不仅可支持大型设计的开发,比如针对采用拥有200万个逻辑单元并具有领先一代巨大容量的赛灵思Virtex-7 2000T 3D IC的设计,同时还能把生产力提升四倍,以便将此类大型设计迅速投产。

同时,赛灵思Vivado设计套件还可支持IP模块日渐广泛的使用,因为没有设计团队能够或者希望设计复杂设计方案的每一个模块。例如,设计另一种以太网控制器或者PCIe®接口不会带来增值,虽然把这类模块整合到系统级设计中会产生巨大的价值。这些元件现在可以当作预设计、预验证、业经验证的IP模块来处理。这些模块对设计和实现复杂网络通信系统至关重要,这也是赛灵思在过去数年大力投资战略性收购和合作伙伴关系营建的原因。目的是让内部开发出关键性IP,这样系统厂商就可以用赛灵思All Programmable解决方案开发自己的设计。

 

EEFOCUS:近几年赛灵思积极与ADI开展合作、推动产品研发,这对赛灵思意味着什么?这种合作是开放式的,也就是不排除更多其他半导体厂商的加入?还是排他式的?

杨飞: FPGA拥有特有的开放式平台与标准优势,为此,赛灵思可以以此为基础,以行业领导者的角色打造围绕FPGA系统级设计的强大的生态系统,以推进All Programmable 技术的开发和All Programmable 产品的应用, 同时满足越来越多、越来越广泛客户群体的需求。赛灵思联盟成员众多,其中包括 IP 供应商、EDA 厂商、嵌入式软件供应商、系统集成商以及硬件供应商等,能够在加速设计生产力的同时最大限度地降低风险。

ADI 是赛灵思的生态合作伙伴之一,两家的合作渊源深厚逾20余年,合作范围非常广泛, 从产品上ADI可以支持赛灵思几乎所有的器件系列, 从应用上包括:
SDR: MILCOM, 民用,手持终端
无线: RRH;Small cell;Backhaul
工业:电机控制智能电网;测试测量; 频谱分析仪逻辑分析仪

最近和ADI联手的几次活动,是行业强强联手共同帮助工程师迎接当今复杂设计挑战的重要举措。当今的工程师面临复杂的多领域设计的挑战, 既需要了解模拟,也需要了解数字,还需要具有软件编程能力。 ADI 的模拟/混合信号+ Xilinx FPGA + MathWorks的建模工具让无论是缺乏FPGA和嵌入式系统处理只是的模拟工程师,还是需要了解模拟设计基础的数字工程师, 亦或是需要软件建模工具的硬件工程师、新兴市场工程师、缺乏指导的年轻的工程师等,都能够受益于这种强强联手带来的优势。 这种合作不能说是排他式的,但是一定是强强式的,双方都致力于选择行业的领导者进行合作。

我们最近一期合作推广的基于Zynq APP Programmable SoC的SDR方案。 先进的SDR设计需要多方面的设计能力,特别是高速模拟和数字的紧密连接和协同优化。Zynq-7000系列通过内部高速总线整合了嵌入式处理器、可编程逻辑和I/O接口,提升了系统性能,提高系统集成度,同时具有无可比拟的灵活性,非常适合于SDR应用ADI和Xilinx提供了完整的参考设计,简化了系统设计,大大地缩短产品的上市时间,使开发时间从数月缩短到数周。


面向未来,赛灵思公司信心满满,它们将在All Programmable器件开发领域不断创新,不断推动技术及产品的进步,不断完善整个FPGA生态链。赛灵思公司的下一个30年值得我们共同期待。


 

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赛灵思

赛灵思

赛灵思(英语:Xilinx (英语发音:/?za?l??ks/ ZY-lingks))是一家位于美国的可编程逻辑器件的生产商。该公司发明了现场可编程逻辑门阵列,并由此成名。赛灵思还是第一个无厂半导体公司(Fabless)。28nm时代,赛灵思提出All Programmable 的概念,从单一的FPGA企业战略转型为All Programmable FPGA、 SoC 和 3D IC 的全球领先提供商。且行业领先的器件与新一代设计环境以及 IP 完美地整合在一起,可满足客户对可编程逻辑乃至可编程系统集成的广泛需求赛灵思于1984年创建于美国加利福尼亚州的硅谷,总部位于硅谷核心的圣何塞,并在科罗拉多州、爱尔兰、新加坡 印度、中国、日本拥有分支机构

赛灵思(英语:Xilinx (英语发音:/?za?l??ks/ ZY-lingks))是一家位于美国的可编程逻辑器件的生产商。该公司发明了现场可编程逻辑门阵列,并由此成名。赛灵思还是第一个无厂半导体公司(Fabless)。28nm时代,赛灵思提出All Programmable 的概念,从单一的FPGA企业战略转型为All Programmable FPGA、 SoC 和 3D IC 的全球领先提供商。且行业领先的器件与新一代设计环境以及 IP 完美地整合在一起,可满足客户对可编程逻辑乃至可编程系统集成的广泛需求赛灵思于1984年创建于美国加利福尼亚州的硅谷,总部位于硅谷核心的圣何塞,并在科罗拉多州、爱尔兰、新加坡 印度、中国、日本拥有分支机构收起

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