中端FPGA工藝下探 萊迪思新平臺(tái)導(dǎo)入了28nm FD-SOI技術(shù)

高端FPGA市場(chǎng)有賽靈思和英特爾兩條巨龍盤踞，萊迪斯幾乎未曾踏入這山頭半步，那么是如何成為世界第三大FPGA廠商的呢？

今年，賽靈思和英特爾展開了對(duì)“世界最大FPGA”寶座的角逐，分別發(fā)布了16nm和14nm的兩款FPGA芯片。做最大的FPGA，秀最純粹的肌肉，這樣高的技術(shù)壁壘讓多少城外想進(jìn)來的人撞得頭破血流。因此，萊迪斯做了一個(gè)聰明的決定，只專注在中低端FPGA領(lǐng)域，努力從中端市場(chǎng)獲得成長(zhǎng)。

打破兩個(gè)局限性

在過去，萊迪斯的戰(zhàn)略有一定的局限性，第一個(gè)局限性體現(xiàn)在應(yīng)用領(lǐng)域方面，萊迪斯幾乎只做消費(fèi)類。第二個(gè)局限性則是由于產(chǎn)品研發(fā)模式僵硬，導(dǎo)致的技術(shù)很難復(fù)用。

近年來，5G、機(jī)器視覺、自動(dòng)駕駛等新技術(shù)的興起引起了萊迪斯的重視，萊迪斯開始通過嵌入式視覺系統(tǒng)進(jìn)軍工業(yè)領(lǐng)域和汽車領(lǐng)域，因?yàn)檫@兩個(gè)領(lǐng)域的智能化轉(zhuǎn)型中，會(huì)用到更多的攝像頭來捕捉信息，也會(huì)用到更多的顯示屏來實(shí)現(xiàn)智能控制。于是，今年10月萊迪斯就推出了CrossLinkPlus FPGA系列產(chǎn)品，適用于采用MIPID-PHY的嵌入式視覺系統(tǒng)。

應(yīng)用領(lǐng)域的局限性被擊破后，萊迪斯還需要對(duì)產(chǎn)品研發(fā)模式進(jìn)行升級(jí)。過去，萊迪斯的產(chǎn)品研發(fā)是根據(jù)市場(chǎng)需求一款一款的做，而現(xiàn)在由于市場(chǎng)不明確，產(chǎn)品迭代非常快，萊迪斯最新推出的全新平臺(tái)化模式將打破這第二個(gè)局限性。

據(jù)半導(dǎo)體亞太區(qū)產(chǎn)品市場(chǎng)部總監(jiān)陳英仁介紹，萊迪思Nexus平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗、高可靠性、高性能的芯片設(shè)計(jì)，基于該平臺(tái)推出的產(chǎn)品還能夠陸續(xù)衍生出其他版本。陳英仁表示，Nexus平臺(tái)是業(yè)界首款28nm基于FD-SOI的FPGA平臺(tái)，該平臺(tái)優(yōu)化的DSP模塊和更大的片上存儲(chǔ)器可實(shí)現(xiàn)低功耗高性能的計(jì)算，如AI推理算法，并且運(yùn)行速度是之前萊迪思FPGA的2倍而功耗減少一半。

FD-SOI帶來的變化

另外，Nexus平臺(tái)采用的三星28 nm FD-SOI工藝技術(shù)，與bulk CMOS工藝相比漏電降低了50％，符合萊迪思對(duì)低功耗技術(shù)平臺(tái)的期望。

談到使用28 nm FD-SOI工藝的原因，陳英仁還補(bǔ)充道，該工藝可以緩和“高性能”和“低功耗”的沖突，F(xiàn)D-SOI可以做電壓的控制，進(jìn)而控制反饋偏壓（Back Bias），實(shí)現(xiàn)低功耗或高性能這兩種可選的設(shè)定。有了三星28 nm FD-SOI工藝，Nexus平臺(tái)的靜態(tài)功耗最高可以比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手降低75%。

陳英仁進(jìn)一步指出，28 nm FD-SOI工藝還能夠帶來前所未有的穩(wěn)定性，雖然大多數(shù)消費(fèi)電子對(duì)于穩(wěn)定性要求不高，但涉及到生命安全和航空航天時(shí)，穩(wěn)定性就變得尤為重要。CMOS工藝對(duì)于太陽(yáng)輻射的抗干擾能力較弱，尤其是SRAM制程會(huì)關(guān)鍵區(qū)域造成很高的“軟錯(cuò)誤率（SER）”。而28nm FD-SOI工藝有一個(gè)非常薄的Buried Oxide，它可以把對(duì)對(duì)軟錯(cuò)誤率敏感的關(guān)鍵區(qū)域包裹起來，以提高100倍的可靠性，這對(duì)于汽車、工業(yè)、通信、數(shù)據(jù)中心和航空航天領(lǐng)域都十分重要。

推新品，降門檻

在Nexus平臺(tái)上，萊迪斯推出的第一款產(chǎn)品就是CrossLink-NX?。此款全新FPGA為開發(fā)人員提供了構(gòu)建通信、計(jì)算、工業(yè)、汽車和消費(fèi)電子系統(tǒng)的創(chuàng)新嵌入式視覺和AI解決方案時(shí)所需的低功耗、小尺寸、可靠性和高性能特性。

除了以上提到的Nexus平臺(tái)帶來的100倍可靠性提升，和與同類FPGA相比的75%功耗降低，CrossLink-NX還擁有以下三個(gè)特性使其性能大幅提升：

支持高速I/O——CrossLink-NX FPGA支持各種高速I/O（包括MIPI、PCIe和DDR3存儲(chǔ)器），非常適合嵌入式視覺應(yīng)用

瞬時(shí)啟動(dòng)——某些應(yīng)用不允許系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)，例如工業(yè)馬達(dá)控制。為了滿足這類應(yīng)用需求，CrossLink-NX可以在3毫秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)超快速的I/O配置，在不到15毫秒內(nèi)完成全部器件配置

高內(nèi)存與邏輯比——為了在網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備上高效地支持AI推理，CrossLink-NX平均每個(gè)邏輯單元有170 bit存儲(chǔ)空間，擁有同類產(chǎn)品中最高的存儲(chǔ)與邏輯比，性能是上一代產(chǎn)品的2倍

尺寸方面，首款CrossLink-NX器件的尺寸僅為6 x 6 mm，比同類FPGA小十倍之多，能夠更好地支持客戶減小系統(tǒng)尺寸。

在平臺(tái)化模式下，CrossLink-NX擁有NX-17和NX-40兩個(gè)成員，通過數(shù)據(jù)對(duì)比可以看到，更小的NX-17反而擁有更大的RAM塊。陳英仁解釋道，由于NX-17的I/O比較少，外接比較不容易，但又需要做一些AI處理。在這種情況下如果外接DDR的話將意味著成本增加和延遲升高，所以萊迪斯給NX-17配置了更大的RAM塊。

圖片來源: 萊迪思半導(dǎo)體

而對(duì)于相對(duì)較大的NX-40，它擁有足夠的I/O去外接DDR3，一些比較復(fù)雜的處理靠?jī)?nèi)嵌存儲(chǔ)器是不夠的，如果把大的存儲(chǔ)器放到芯片里面又十分昂貴，這時(shí)候外接存儲(chǔ)器就成了最佳選擇，所以能夠外接的情況下內(nèi)置RAM塊就不需要太大。

最后，在軟件工具和IP方面，為了降低設(shè)計(jì)門檻，萊迪斯還推出了最新版本的FPGA軟件設(shè)計(jì)工具Lattice Radiant?2.0。除了增加了對(duì)新的CrossLink-NX? FPGA系列之類的更高密度器件的支持之外，更新的設(shè)計(jì)工具還提供了新的功能，加速和簡(jiǎn)化了基于萊迪思FPGA的設(shè)計(jì)開發(fā)。

據(jù)了解，Radiant 2.0包括片上調(diào)試工具，允許用戶實(shí)時(shí)進(jìn)行錯(cuò)誤修復(fù)。調(diào)試功能使開發(fā)人員可以在其代碼中插入虛擬開關(guān)或LED來確認(rèn)功能的可行性。該工具還允許用戶更改硬核IP的設(shè)置以測(cè)試不同的工作模式。

Radiant 2.0通過改進(jìn)的時(shí)序分析，能夠提供更準(zhǔn)確的走線和布線規(guī)劃以及時(shí)鐘時(shí)序，從而避免設(shè)計(jì)擁塞和散熱問題。Radiant 2.0中的工程變更單（ECO）編輯器還能夠使開發(fā)人員可以對(duì)完成的設(shè)計(jì)進(jìn)行增量更改，而無需重新編譯整個(gè)FPGA數(shù)據(jù)庫(kù)。

另外，Radiant 2.0還包含同步開關(guān)輸出（SSO）計(jì)算器，它能夠分析單個(gè)引腳的信號(hào)完整性，以確保其性能不會(huì)因靠近另一個(gè)引腳而受到影響。

值得一提的是，CrossLink-NX最初計(jì)劃于2020年上市，但如今萊迪斯提前發(fā)布了該產(chǎn)品，并已向部分客戶提供了器件樣品。

陳英仁告訴集微網(wǎng)記者，產(chǎn)品能夠提前推出主要是因?yàn)樾碌念I(lǐng)導(dǎo)層給公司帶來了新氣象，也就是更專注而帶來的執(zhí)行力提升，所謂專注力就是避免被市場(chǎng)上的噪音干擾，不再一味的追逐消費(fèi)電子市場(chǎng)，而是回歸FPGA的本質(zhì)，去解決一些依然存在的疑難雜癥，去滿足那些少量多樣的應(yīng)用需求。

“FPGA市場(chǎng)很大，埋頭在高端市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的另2家企業(yè)似乎已經(jīng)放棄了中端市場(chǎng)，萊迪斯則會(huì)擁抱這一市場(chǎng)，并專注其中，這樣才能明確如何才能推出差異化的產(chǎn)品?！标愑⑷首詈笕绱苏f道。