结缘Intel 14nm工艺 ALTERA Stratix 10性能翻倍

近期，Altera公司最大的“BIG THING”就是被Intel收购。两家联合到底能产生什么样的化学反应，由于收购刚刚发生，还是难以预料。不过在技术层面，Altera已经和Intel在14nm工艺上展开了合作，让Stratix 10 FPGA和SoC性能提升了2倍。

步入14nm时代

Altera亚太区副总裁兼董事总经理Erhaan Shaikh

Altera亚太区副总裁兼董事总经理Erhaan Shaikh介绍说：“Stratix 10 FPGA是我们最新的产品，它在性能方面比原有的28纳米的FPGA性能提高了2倍。之所以能实现这样性能的提升主要是基于两大技术，一个是我们采用了Intel 14nm三栅极的技术，第二个就是我们Altera公司自己一个创新的架构——HyperFlex。正是由于这两个大技术的使用，实现了Stratix 10性能的极大突破。”

FPGA性能在不断提升至中，它的发展速度已经超过了摩尔定律，在数据中心、搜索等领域都有着极为优异的表现。

Erhaan Shaikh表示：“FPGA已经被充分运用于通讯行业。除了通信行业之外，现在我们也开始投身到到其它市场当中，我们为很多新的市场领域都带来了新的价值。微软采用了Altera Stratix V FPGA (28nm)来加速必应Bing搜索，让搜索速度提高两倍，服务器的数量减少一半，服务器TCO增加<30%。在数据中心，如果采用Intel Xeon + FPGA MCM，某些任务可以加速10倍，QPI加速两倍。正是由于FPGA具有很多应用潜力，所以现在越来越多的客户选用了FPGA。比如IBM与Altera在OpenCL上展开合作，百度和Altera展示快速图像分类，Altera与中国移动在5G C-RAN平台上展开合作，奥迪在自动驾驶汽车上选择了Altera。”

HyperFlex打造超级“流水线”

除了借助Intel 14 nm三栅极技术之外，Altera公司自己的创新架构HyperFlex也是Stratix 10性能大幅提升的重要依仗。

Altera产品营销资深总监Patrick Dorsey

Altera产品营销资深总监Patrick Dorsey介绍说：“FPGA现在的性能瓶颈主要是在于布线延时。如果采用更宽的总线并不能解决这一问题，因为这会造成阻塞。为了解决这一问题，就需要在体系架构上做出新的调整。而HyperFlex就是我们给出的答案。”

HyperFlex体系结构在所有内核互联布线段上引入了寄存器，使得Stratix 10 FPGA和SoC能够受益于成熟可靠的性能增强设计方法，例如寄存器重新定时、流水线和其他设计优化方法。这些设计方法在传统的FPGA体系结构中是不可能实现的。HyperFlex体系结构帮助设计人员避免了关键通路和布线延时，其设计能够迅速达到时序收敛。内核逻辑性能提高2倍后，不需要很宽的数据通路，也不需要由于时钟偏移导致的特殊设计结构，极大的提高了器件利用率，降低了功耗。HyperFlex体系结构支持高性能设计降低逻辑面积要求，功耗从而降低了70%。

为了能够让大家能够更容易理解HyperFlex，Patrick Dorsey比喻说：“比如现在所有人都要开车通过一架大桥，而这个大桥设计一次只允许通过一辆车。如果有100辆车，你必须当一辆车前面先通过之后，另外99辆要在外面排队等候，一辆一辆的过，那这就要花很长时间。我们这个HyperFlex的架构实际上就相当于把这个桥做的更短了，把一座很长的大桥变成很多小的桥，这样每个桥还是可以一次过一辆车，但是桥变多了，大多数汽车都在行驶之中，而不是在等待。这就使得汽车通过的速度得到了很大的提升。这就意味着在整个管道当中，数据的通过速度也得到了很快的提高，。这个概念本身是非常简单的，但它在FPGA技术上是一个重大突破。”

异构3D SiP赋予更多灵活性

Stratix 10除了采用了Intel 14nm工艺和HyperFlex架构之外，还使用了异构3D系统级封装(SiP)集成，前两者让Stratix 10性能大幅度提升，而后者让Stratix 10具备更强的灵活性，算短了FPGA的上市时间。

Altera的异构SiP集成技术是通过使用Intel的专用嵌入式多管芯互联桥接(EMIB，Embedded Multi-die Interconnect Bridge)技术实现的，与基于中介层的方法相比，进一步提高了性能，降低了复杂度和成本，增强了信号完整性。

Patrick Dorsey表示：“通过异构3D SiP方法实现高速协议和收发器，Altera将能够快速交付Stratix 10器件型号，满足不断发展的市场需求。例如，使用异构3D SiP集成技术为Stratix 10器件提供了途径来实现更高的收发器速率(56 Gbps)、新出现的调制格式(PAM-4)、通信标准(PCIe Gen4、多端口以太网)，以及模拟和宽带存储器等其他功能。”

异构3D系统级封装(SiP)就像是提供一个基础模板，让Stratix 10可以根据客户需求，快速添加不同的收发器模块和其他模块，让芯片设计具备更高的灵活度，可以快速满足客户个性化需求。

Stratix 10是Altera和Intel结缘后第一个重磅产品，从芯片设计上看，Stratix 10结合了Intel 14nm工艺和Altera独有的HyperFlex架构，让双方首先在技术上实现了结合，这对于两者未来的进一步融合，实现1+1>2的最终目标自然大有裨益。