FPGA行业将延续硅片融合趋势
作者: 来源:中国电子商情
发布时间:2015-04-22
编者按：Altera是全球知名的可编程逻辑器件提供商，它的可编程解决方案能帮助系统和半导体公司快速高效地实现创新。2012年公司的CTO先后多次到访中国，积极倡导硅片融合技术和20nm创新技术。2013年到来前夕，本刊记者收到了一份Altera公司提供的资料，其中，Altera公司的CEO就若干FPGA行业热点问题提出了独到的见解，相信这些观点对我们判断FPGA在新一年的发展走势大有裨益。
问题一：Altera 20 nm创新技术将为设计人员带来什么?
Altera为客户提供20 nm系统集成平台，它结合了FPGA的硬件可编程功能、数字信号处理器（DSP）和微处理器灵活的软件，以及高效的专用硬核知识产权（IP）。这一混合系统架构进一步提高了客户的性能、带宽、集成和功效水平，满足了下一代汽车、工业、通信、网络、广播和计算应用的迫切需求。
问题二：客户是怎样受益于硅片融合发展趋势的?
Altera一直在促进硅片融合的不断发展。在每一新工艺节点，我们都能够在一个芯片中封装更多的组件——更多的处理器、加速器、存储器和外设控制器。一个芯片中更多的组件意味着更好的性能、更低的功耗以及更低的成本。20nm平台的技术创新进一步延续了我们在硅片融合上的承诺，这些创新集成了40 Gbps收发器技术、下一代精度可调DSP模块体系结构以及异构3D IC，异构3D IC集成了FPGA和用户可定制HardCopy ASIC等各种其他技术。平台还包括功耗管理等创新技术，使得器件总功耗降低了近60%。今天，我们只要看一下集成到器件中的东西，很显然，就会发现我们采用了最好的融合硅片，帮助客户很好地平衡了性能和功耗，同时提高了他们的设计总体效能，突出了他们的优势。
问题三：OpenCL标准是怎样帮助设计人员更方便地使用FPGA技术的?
OpenCL（开放计算语言）是一种开放的免版税标准，适用于在CPU、GPU和其他处理器上进行通用并行编程，支持软件开发人员高效地使用这些异构处理平台，并能够在平台间进行移植。OpenCL由Khronos集团等组织进行维护。Altera于两年前加入Khronos集团，为标准建设做出了积极贡献。OpenCL的目的是，系统开发人员可以从一个OpenCL语言源中支持不同的计算体系结构，例如，CPU和各种加速器等。Altera实现的OpenCL工具流将功能编译到定制FPGA硬件加速器中，从运行在CPU的主程序中调用硬件加速器。不需要特殊的FPGA专业设计知识。最终系统通常以插入到标准x86服务器中的PCI Express（PCIe）电路板的形式实现，充分发挥了FPGA体系结构强大的并行和灵活的存储器基础结构优势。与多核CPU或者CPU/DSP组合相比，极大地提高了每瓦性能指标。
问题四：加强FPGA中的ASIC型增强内容有什么好处?
在SoC广泛应用的每一应用领域，设计人员会发现有一些从未改变的硬件模块。这些模块，例如PCIe控制器、DRAM控制器或者ARM CPU等，都经过了很好的标准定义，改变它们并不会对最终系统带来什么好处。在这些情况下，没有人会愿意重新设计硬件，而Altera可以充分利用这一事实——与可编程逻辑架构相比，基于单元的ASIC逻辑密度更高、速度更快、能效更高。因此，我们增强了这些模块。结果是具有可编程功能的芯片，获得了28 nm的密度、速度和能效，而这是客户最需要的，更进一步帮助客户突出了其设计优势。
问题五：在不断加速的应用中FPGA有哪些新兴应用?
我们看到FPGA可以用在通过并行或者流水线来加速算法的任何地方。首先是在信号处理应用中，例如，军用雷达信号处理、声纳和某些高性能计算等。高性能计算的例子包括分子建模、天气建模以及科学计算等。随着世界数字化趋势的发展，以及对高速数据带宽需求的不断增长，我们现在看到其他领域中的设计团队也在使用FPGA进行加速——高清晰电视（HDTV）广播系统中的视频处理、工业市场中的高能效电机控制，以及运行高速交易算法的金融服务等。在FPGA中增加快速浮点功能后，我们预计可以看到它在现有市场以及新兴市场上的应用会越来越广泛，例如，压缩和搜索服务器应用、金融、能源以及科学应用等，这些都会受益于FPGA强大的浮点功能。
问题六：是什么关键因素推动了硅片融合的后续发展?
除了在一个管芯上使用单片集成技术外，硅片融合的一个关键因素是混合系统3D封装技术。采用3D封装技术在一个封装中集成FPGA、ASIC、模拟电路、存储器以及ARM处理器，大幅度提高了器件的带宽，降低了功耗。
问题七：Altera于2010年启动嵌入式计划之后，随着工艺节点的减小，FPGA引入了哪些功能?
我们启动嵌入式技术是为了加速在嵌入式系统中集成可编程逻辑和处理器。这一计划推出不久，我们发布了基于ARM的SoC FPGA系列产品，在单芯片中集成了28nm CycloneV和Arria V FPGA架构、双核ARM Cortex-A9 MPCore处理器、纠错码（ECC）保护存储器控制器、外设和宽带互联等。这些SoC FPGA支持嵌入式开发人员迅速开发基于ARM的可定制系统，减小了电路板面积，降低了功耗和成本，同时提高了系统性能。随着工艺节点的不断减小，我们发展到了20 nm，更多的混合系统技术将被集成到FPGA中，例如40 Gbps收发器和ARM处理器等。
