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半导体

FPGA设计因需而变


Altera公司总裁兼CEO John Daane


FPGA系列必须提供收发器设计选择,实现接口控制器,满足内部存储器模块容量、速度和功耗等需求。


半导体技术已经进入了新的发展时期。目前,28nm芯片容量足以满足整个系统需求,节省了功率组件和存储器。但是,工艺工程师、电路设计人员、芯片设计人员和规划人员必须一起协同工作,才能在越来越困难的技术环境中进一步提高系统性能和能效。这种变化对整个半导体行业产生了深远的影响,推高了工程成本,增加了风险,大部分系统开发人员很难使用专用芯片系统(SoC),这同时也改变了FPGA企业的本质及其与用户的关系。


芯片设计取决于应用


在新的制程中,FPGA通常是最先被采用、验证和优化该工艺的器件之一。但是,对新技术节点的需求已经超出了电路设计能力,在芯片级甚至是系统级影响设计选择,例如要考虑高速串行接口。Altera现在通过工艺、器件和电路创新,发售了Stratix V FPGA,它具有可高度灵活配置的28 Gbps收发器。但是,在当今以系统为导向的环境下,只有业界最快的集成收发器还远远不够。串行链路需要速度足够快的控制器才能够跟上收发器。控制器需要速度很快的片内总线、容量足够大速度足够快的缓冲来支持它们。所有这些模块必须满足能耗要求,具体取决于系统应用以及使用模式。


相应的,Altera收发器技术必须提供多种选择。一些是在电路级——设计了不同版本的收发器工作在不同速率上,提供不同等级的能耗。从定制28nm系列中选择芯片,系统设计团队在收发器速率和能耗上满足了自己的系统要求,其它决定是在模块级。PCI Express Gen3或者DDR3等对性能要求很高、对功耗要求很严的控制器是在可编程单元中实现,还是在固定硬件中实现?这类模块应该连接至可编程架构,还是硬线连接的系统总线,或是都需要连接?答案取决于具体应用。


而高速串行链路并不是唯一的实例。当今很多系统设计,包括FPGA以及一个甚至多个32位嵌入式处理器,规划人员应该购买CPU作为专用标准产品IC或者高级控制器,还是在FPGA中实现CPU?如果是后者,那么他们应该使用可编程架构中的软内核,还是应该选择Altera SoC FPGA等支持硬核ARM处理器的FPGA?规划人员应该怎样划分设计才能实现带宽最大的数据流,例如,在高速缓存、DRAM控制器以及加速器之间,而不用跨过芯片边界?这些答案还是取决于具体应用。不论对于FPGA供应商有多么方便,都没有适用于所有用户的一个统一解决方案。


为能够满足不同应用的需求,FPGA系列必须提供收发器设计选择,实现接口控制器,内部存储器模块容量、速度和功耗,内部总线结构,实现CPU以及很多其它因素。


承担大部分系统设计职责


而大部分系统设计无法承受ASIC的成本,一个芯片设计仍然需要服务于很多用户。解决这一难题的唯一方法是Altera深入了解用户的系统设计,找到最能满足应用需求以及市场规模的共性领域。这是一个细致而又需要大量知识的过程,使我们能够进一步贴近用户的设计团队。


多年来我们与Altera关键用户密切合作,具有很深的专业应用知识并且非常熟悉FPGA的设计团队。而今天在我们与用户之间打开了另一空间:专用解决方案领域。2012年,很多非常具有竞争力的系统设计团队将会高度专业化。他们在建立产品竞争优势上非常专业,但是依靠硅片供应商来提供他们使用的系统平台。这类设计团队还需要全套的专用知识产权(IP)内核以及自动IP装配工具,例如Altera的Qsys等。或者,他们还需要完整的参考设计。随着设计团队的日益专业化,他们的硅片合作伙伴将承担大部分系统设计职责。这些就是Altera在2012年的变革所在。


我们继续在28nm以及后续节点与代工线伙伴合作,不断在工艺、器件和电路上实现创新,保持我们在硅片和电路上的技术领先优势。同时,我们与用户密切合作,确保交付非常符合他们的功耗、性能和成本特殊需求的产品。我们继续深入理解各种专业应用,从而能够交付有助于用户加速其设计规划实施的IP和参考设计。


 



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