详解全球首款eFPGA：模块化设计如何实现功耗和性能最佳平衡点
FPGA作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的产物，目前正在经历第三个发展阶段，市场容量也在加速提升。从ASIC的发展历史来看，ASIC集成了越来越多的IP功能，但FPGA因为技术工艺门槛太高，技术研发成本太贵，一直没有半导体厂商将其作为一个IP集成到ASIC，而这一点正因Achronix半导体公司发生改变。
Achronix半导体公司CEO Robert Blake日前在接受华强电子网等媒体专访时称，FPGA第一个阶段主要用于实现TTL胶合逻辑，市场总量在5亿美元左右;第二个阶段是互联网时代，FPGA被用于在路由器/交换机中做ASIC连接，市场容量也由5亿美元增长到50亿美元。
全球首款eFPGA上市 接口带宽比FPGA超10倍
“如今FPGA正在第三个发展阶段，其增长将由CPU协处理器来主导，其主要应用包括：CPU数据中心加速，软件定义网络(SDN)，以及将包括5G在内的移动通信等，市场容量将会大幅提升。为此，Achronix在经过三年的开发后，推出了可集成至客户系统级芯片(SoC)中的Speedcore嵌入式FPGA(embedded FPGA，eFPGA)IP产品，并已开始向客户供货。”Robert Blake如是说。
Achronix公司CEO Robert Blake(左)和Achronix公司亚太区总经理罗炜亮(右)
据了解， Achronix发布的Speedcore eFPGA技术是专为计算和网络加速应用而设计，采用英特尔22nm工艺，Speedcore eFPGA产品是使用Achronix成熟的、经过验证的ACE软件设计工具，其是将FPGA作为IP嵌入到SoC内，帮助SoC来做加速和数据处理。
Speedcore eFPGA IP产品是一款高端FPGA内核，具体而言，与独立的FPGA相比有哪些应用优势?Robert Blake告诉记者，具备FPGA灵活性的同时，与FPGA器件相比，其显著优势包括：互联带宽增加10倍，互联延迟减小至1/10，功耗降低50%，成本降低90%。
与竞争对手Xilinx和Altera 的独立FPGA(Xilinx XCKU025、Altera GX160)相比，eFPGA可以实现超过10倍接口带宽。
Robert Blake表示：“多年以来，不同的公司都一直在谈论eFPGA产品，但Achronix的Speedcore是首款向客户出货的eFPGA IP产品，它是游戏规则的改变者。Achronix曾是第一家提供带有嵌入式系统级别IP的高密度FPGA的供应商。我们正在使用相同的、经过验证的技术向客户提供我们的eFPGA产品，这些客户都希望将ASIC设计的各种高效能和eFPGA可编程硬件加速器的灵活性结合在同一款芯片中。”
目前，FPGA在系统级芯片中的应用占比并不大，但随着多核CPU处理的数据越来越大以及未来5G的到来，嵌入式的FPGA在CPU中的应用将会提升。相比之下，将eFPGA嵌入到SoC中与CPU连接，能够帮助CPU并行处理多个业务，带来处理性能的提升也更为明显。
嵌入SoC成本优势明显 模块化可达功耗和性能最佳平衡点
传统的多核CPU和SoC需要可编程硬件加速器来预处理和卸载数据，从而提升其计算性能。FPGA是最佳的硬件加速器解决方案，因为随着算法的不断变化，加速器需要不断用新的功能来实现更新，Achronix通过ACE软件设计工具，可以快速改进Speedcore eFPGA IP产品应用。
Achronix的eFPGA IP产品在设计上内嵌到SoC
在设计上，eFPGA通过内嵌到SoC中，接口将会非常简单，处理延迟方面可以大幅减少——2ns或0ns，可以省去周边逻辑(IO)和外围元器件，降低功耗的同时，可以更好地保障信号完整性。
在成本上，如果购买独立外挂的FPGA，其成本是很高的，而eFPGA通过其特有设计在省去周边逻辑器件的同时，电路板的面积与层数也会减少，成本优势更为明显。
那么Achronix的eFPGA是如何交付到客户手中?Robert Blake告诉记者，Achronix会根据客户的需求提供汇编工具和软件，进行定制化的方式来方便客户开发。
Speedcore eFPGA所有资源都采用模块化设计
“我们定制的是模块化，不同的资源、逻辑、存储器的IP都是模块化，根据客户定制化的需要，我们可以快速集成在一起。”Robert Blake表示，如果客户有不同的需求要不同的资源，可以根据需求拼出新的核。比如5G的客户需要更多的DSP处理，如果要做高端性能计算，可以增加更多的存储器。
除了IP可以定制化，工艺制程也可以定制。“比如客户更高需求，我们可以基于台积电的16nm工艺来做。如果客户说需要新的工艺，比如Intel的22nm工艺，我们大概需要4~6个月来进行转移。”目前已经可以提供基于台积电(TSMC)的16纳米FinFET Plus(16FF+)工艺的Speedcore IP产品，并且正在开发基于台积电的7纳米工艺的IP。
据了解，Achronix是目前唯一能提供独立的FPGA和EFPGA的半导体公司，其商业模式与ARM类似。客户可以针对其应用来定制最佳的芯片面积、功耗和资源配置，可以定义查找表(LUT)、嵌入式存储器以及DSP的数量。此外，客户可以定义Speedcore的宽高比、输入输出(IO)端口的连接，还可以在功耗和性能之间进行权衡，为其实现从处理器卸载那些高密度计算任务到eFPGA IP中，从而带来显著的性能提升。（责编：宏达）
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