赛灵思独辟蹊径主打架构 堪比ASIC

FPGA能否取代ASIC?对于这个问题业界看法不一。赛灵思于13年12月10日宣布推出的20nm All Programmable UltraScale™产品系列无疑给看好FPGA的这一方带来了曙光。

“UltraScale”是赛灵思于2013年7月份发布的业界首个ASIC级可编程架构。目前推出的采用此架构的器件有：中端Kintex UltraScale FPGA、高端Virtex UltraScale FPGA和3D IC产品系列。

Kintex UltraScale系列

最新Kintex® UltraScale™ FPGA具有多达116万个逻辑单元、5,520个优化的DSP Slice、76Mb BRAM、16.3Gbps背板收发器、PCIe® Gen3硬模块、100Gb/s集成以太网MAC与150Gb/s Interlaken IP核，以及DDR4存储器接口。最初作为赛灵思28nm 7系列成员推出的Kintex器件现已成为中端产品中功耗最低和性价比最高的标杆产品。Kintex UltraScale器件的应用领域有： 8K/4K超高清视觉显示器和设备、256通道超声、带智能波束成形功能的8X8混合模式LTE和WCDMA无线电、100G流量管理/NIC、DOCSIS 3.1 CMTS设备等 。

Virtex UltraScale系列

最新Virtex® UltraScale™作为该系列中的最大器件具有440万个逻辑单元、1,456个用户I/O、48个16.3Gb/s背板收发器以及89Mb BRAM，让赛灵思在器件密度方面的优势从28nm的2倍提升到20nm的4倍，容量超过了所有其他任何可编程器件。此外，该产品还能提供惊人的5000万个ASIC等效门。Virtex UltraScale器件除包括集成式PCIe Gen3、100Gb/s以太网MAC和150Gb/s Interlaken IP核，以及DDR4存储器接口外，还内置有28Gb/s背板收发器和33Gb/s芯片至光纤收发器，以便利用全线速率下的智能处理功能实现数百Gb/s级系统性能。

由于具有超高的系统性能和容量，因此Virtex UltraScale系列已成为多种最具挑战性应用的理想选择，诸如：单芯片400G MuxSAR、400G转发器 、400G MAC-to-Interlaken桥接器、仿真与原型设计 。

此次推出的产品给人最深刻的印象莫过于其可媲美ASIC的性能。以往，相比ASIC，FPGA具有高度灵活、面世时间短、设计成本少、风险小的优点，但在规模大的设计(如CPU)中却难挑大梁，其在运行速度、面积效率、功耗的表现上逊于ASIC。面对性能上的壁垒，这回采用UltraScale架构的产品是如何实现突破的呢? 新的UltraScale架构采用更加智能的布线方式，使器件的利用率从70%-80%提高到90%;此外新发布的UltraScale 系列产品拥有最高可达440万个逻辑单元的容量，其密度是业界最高密度产品Virtex® -7 2000T的两倍以上。器件利用率的提高和器件密度的锐增都为攻克“FPGA面积效率、运行速度低于ASIC”这一壁垒做出了努力并取得了不俗的成绩。从功耗瓶颈的角度看，采用优化的电源管理功能与先进的工艺制程，产品功耗降低了百分之五十以上。同时，优化的布线方式也大幅降低了高性能高吞吐量设计的布线拥塞问题，使产品能够满足客户在海量数据流、I/O带宽以及实时数据包、DSP和图像处理等方面更高性能设计的要求。UltraScale架构采用类似ASIC的多区域时钟功能，几乎可将时钟布置到芯片的任何地方，使系统时钟偏移大幅降低达50%。

另外，不得不提的是给UltraScale系列产品锦上添花的Vivado ASIC增强型设计套件。发布会上赛灵思公司全球高级副总裁汤立人先生自豪地向大家介绍了这个套件的过人之处：支持C语言设计和快速验证!有多快呢?比传统方法快15倍!很多人说搞FPGA设计也属于“EDA”，可见自动化设计工具在FPGA设计中的举足轻重的位置。不是所有的工程师都会写VHDL或者Verilog,但是凡是玩过软硬件的几乎都会C语言，Vivado 让FPGA设计变得更加平易近人，更加容易上手，快速的验证、PCB规划功能、分析型布局、集成的设计环境等优势也使预期的设计成果在几周内便能看到，而非几个月。

后记

此前，工艺制程一直是FPGA厂商的“必争之地”，前不久Altara发布了其14nm SOC的架构。发布会上汤先生却强调，一个FPGA的成功不仅依靠工艺，架构、工具同样重要，此次发布的重点不在20nm制程上，而在产品可媲美ASIC的性能上。逃出“制程战”，独辟蹊径主打架构，这样的底气和魄力是让人佩服的。回顾赛灵思的产品路线，过去，工艺上是单节点发展：从130nm到90nm再到45/40nm，只有FPGA产品线;现在，工艺上多个制程并存：包括生命周期长远的28nm产品、高性能的20nm产品和16nmFinFET多处理器和存储器，产品线也扩展成了FPGA、SOC、3D IC共存。一路走来，虽然路线有变，但赛灵思始终有一个宏伟的目标，那就是：逐步取代ASIC,占领ASIC的市场。