半導體技術已經進入了新的發展時期。每18個月就會出現新的製程節點,其電晶體密度更高,速率更快,而功率消耗更低。目前在28nm,晶片容量便足以實現容納整個系統,節省了功率元件和商用記憶體。但是,製程技術工程師、電路設計人員、晶片設計人員和規劃人員必須一起協同工作,才能在越來越困難的技術環境中進一步提高系統性能和能量效益。
這種變化對整個半導體行業產生了深遠的影響,推高了工程成本,增加了風險,大部分系統開發人員很難使用專用的單晶片系統(SoC)。這同時也改變了FPGA企業的本質及其與用戶之間的關係。
在新的製程中,FPGA通常是最先被採用、驗証和優化該製程的元件之一。例如,Altera於2011年初在其訂製28nm FPGA系列中開始發售功能最強大、最複雜的元件,它們採用了台積電(TSMC)的高性能28nm製程。這需要在前十代產品節點與晶圓代工廠共同工作所累積的經驗基礎上,進一步展開密切合作。雙方在製程技術、電晶體設計和電路設計方面進行協同合作,才能夠交付FPGA產品,儘快發揮新製程節點在整個製程週期中的固有優勢。
但是,對新技術節點的需求已經超出了電路設計能力,在晶片層級甚至是系統層級影響設計選擇。例如,考慮高速序列介面。Altera現在透過製程、元件和電路創新,發售了Stratix V FPGA,它具有可高度靈活配置的28Gbps收發器。但是,在當今以系統為導向的環境下,只有業界最快的整合收發器還遠遠不夠。
序列鏈路需要速度足夠快的控制器才能夠跟上收發器。控制器需要速度很快的晶片內匯流排、容量足夠大、速度足夠快的緩衝區來支援它們。所有這些模組必須滿足能量消耗要求,具體取決於系統,與其應用以及使用模式。
相應的,Altera收發器技術必須提供多種選擇。一些選擇是在電路層級——設計了不同版本的收發器運作在不同速率上,提供不同等級的能量消耗。從訂製28-nm系列中選擇晶片,系統設計團隊在收發器速率和能量消耗上滿足了自己的系統要求。
其他決定是在模組層級。PCI Express Gen3或者DDR3等對性能要求很高、對功率消耗要求很嚴的控制器必須在可編程單元中實現,還是在固定硬體中實現呢?這類模組應該連接至可編程架構,還是以硬式接線連接到系統匯流排,還是都需要連接呢?答案取決於具體應用。
高速序列鏈路並不是唯一的實例。當今的很多系統設計包括FPGA以及一個甚至多個32位元嵌入式處理器。規劃人員應該購買CPU做為專用標準產品IC或者高階控制器,還是在FPGA中實現CPU呢?如果是後者,他們應該使用可編程架構中的軟式核心。
還是選擇Altera SoC FPGA等支援硬式核心ARM處理器的FPGA呢?那麼,規劃人員應該如何劃分設計才能實現頻寬最大的資料流程,例如,在快取記憶體、DRAM控制器以及加速器之間,而不用跨過晶片邊界呢?這些答案還是取決於具體應用。不論對於FPGA供應商有多麼方便,都沒有適用於所有用戶的一個單一解決方案。
Altera不可能透過採用一種製程、幾種不同容量和接腳輸出的一個晶片設計來服務用戶。為了能夠滿足不同應用的需求,FPGA系列必須提供收發器設計選擇、實現介面控制器、內部記憶體模組容量、速度和功率消耗、內部匯流排結構、CPU實現,以及很多其他因素。
而大部分系統設計無法承受ASIC的成本:一個晶片設計仍然需要服務很多用戶。解決這一個難題的唯一方法是Altera深入瞭解用戶的系統設計,找到最能滿足應用需求以及市場規模的共通性領域。這是一個細緻而又需要大量知識的過程,讓我們能夠進一步貼近用戶的設計團隊。
多年以來我們與Altera關鍵用戶密切合作——具有很深的專業應用知識,並且非常熟悉FPGA的設計團隊。而今天在我們與用戶之間打開了另一個空間:專用解決方案領域。在2012年,很多非常具有競爭力的系統設計團隊將會高度專業化。
他們在建立產品競爭優勢上非常專業,但是依靠矽晶片供應商來提供他們使用的系統平台,這類設計團隊還需要全套的專用矽智財(IP)核心以及自動IP裝配工具,例如Altera的Qsys等。或者,他們還需要完整的參考設計。隨著設計團隊的日益專業化,逐步由他們的矽晶片合作夥伴來承擔大部分系統設計職責。
那麼,這就是Altera在2012年的變革所在。我們繼續在28 nm以及後續節點與晶圓代工廠夥伴合作,不斷在製程、元件和電路上實現創新,保持我們在矽晶片和電路上的技術領先優勢。同時,我們與用戶密切合作,確保交付非常符合他們的功率消耗、性能和成本特殊需求的產品。
我們將繼續深入理解各種專業應用,進而能夠交付有助於用戶加速其設計規劃實施的IP和參考設計。如果Altera的領先優勢意味著用戶的領先優勢,那麼所有這一切都是必要的。
作者:John Daane / Altera總裁兼執行長
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