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在先進系統(tǒng)中取代ASIC一直是FPGA廠商的口號。這些年來，F(xiàn)PGA也的確在逐步蠶食ASIC市場。那么，如果有一家FPGA廠商聲稱其技術(shù)優(yōu)勢是采用了ASIC技術(shù)，你是否會感到驚奇？ 本月，F(xiàn)PGA巨頭賽靈思宣布其首款20nm器件開始投片，而其20nm和將來16nm器件的優(yōu)勢是采用“ASIC級可編程架構(gòu)”的UltraScale，即在完全可編程的架構(gòu)中應(yīng)用最先進的ASIC技術(shù)。 賽靈思和Altera總是這樣。只要一家宣布了一項技術(shù)突破，不久另一家就會召開新聞發(fā)布會。實際上，過去兩家在各個工藝節(jié)點上通常是交替領(lǐng)先，誰也甩對方不了多遠(yuǎn)。但這次賽靈思試圖打破這個規(guī)律，它要在20nm節(jié)點繼續(xù)領(lǐng)先。 FPGA的技術(shù)突破主要源于兩個因素：工藝和架構(gòu)。在20nm節(jié)點，賽靈思和Altera都委托臺積電來生產(chǎn)，而且采用相同的半導(dǎo)體工藝。在此情況下，更合理的架構(gòu)就成了致勝的唯一法寶。 上月，Altera宣布其下一代中端器件Arria 10 FPGA將采用臺積電的20nm工藝（最高性能的Stratix 10則采用英特爾的14nm工藝），而且聲稱其優(yōu)越的架構(gòu)“為中端可編程器件設(shè)立了新標(biāo)桿”。但我們沒有獲知該架構(gòu)的詳細(xì)信息。本月，賽靈思宣布其首款20nm器件開始投片，而其宣傳的亮點則是“ASIC級可編程架構(gòu)”UltraScale。 Xilinx公司全球高級副總裁湯立人 （Vincent Tong）對這個“行業(yè)首個ASIC級可編程架構(gòu)”信心滿滿，聲稱賽靈思的20nm All Programmable器件將比同類競爭產(chǎn)品提前一年實現(xiàn)1.5至2倍的性能和集成度。 湯先生說，UltraScale將消除海量數(shù)據(jù)流和智能處理的瓶頸問題，而頭號瓶頸就是芯片內(nèi)的互連。 如下圖所示，F(xiàn)PGA器件內(nèi)的邏輯單元數(shù)量增速一直超過布線通道數(shù)量的增速。布線通道數(shù)以線性級增長，而邏輯單元數(shù)則以指數(shù)級增長。只有增加真實有效的布線通道才能應(yīng)對不斷增加的復(fù)雜性，實現(xiàn)更高的利用率。UltraScale借鑒了ASIC的互連設(shè)計，更多的快速通道布線像立交橋那樣保證數(shù)據(jù)流的暢通。 
邏輯單元增速超過布線通道增速
快速通道和分析協(xié)同優(yōu)化彌合差距，實現(xiàn)超過90%的利用率 UltraScale的另一個特點是類似ASIC的時鐘，它可使性能裕量最大化，實現(xiàn)最高吞吐量。湯先生介紹說，高速系統(tǒng)需要512到2048位寬度的總線，在這樣的速度下有一半的時鐘周期會發(fā)生時鐘歪斜（skew）。UltraScale類似ASIC的時鐘幾乎可將時鐘布置在晶片的任何地方，解決了時鐘歪斜的難題。
使用較寬總線的高吞吐量系統(tǒng)會發(fā)生時鐘歪斜
多區(qū)域、類似ASIC時鐘的UltraScale時鐘布線解決了時鐘歪斜問題 關(guān)于更多UltraScale架構(gòu)的詳情，讀者可參閱賽靈思公司提供的資料：Xilinx UltraScale架構(gòu) — 業(yè)界首款A(yù)SIC級All Programmable架構(gòu)解決互連的瓶頸或訪問 china.xilinx.com/ultrascale。 賽靈思這個采用ASIC技術(shù)他山之石的UltraScale架構(gòu)似乎不僅可以用來“攻玉”（與FPGA廠商競爭），用它來“攻石”（與ASIC競爭）也許更加順手。據(jù)湯先生介紹，賽靈思UltraScale將用于各種高性能Smarter系統(tǒng)，包括線路卡、橋接器等通信設(shè)備，而這些領(lǐng)域以前都是ASIC的地盤。事實上，賽靈思在通信市場的Design Win中有40%左右過去采用的是ASIC。采用ASIC 技術(shù)的UltraScale器件大概是ASIC廠商的又一個壞消息。 前面我們提到，賽靈思和Altera在各個工藝節(jié)點總是交替領(lǐng)先。UltraScale架構(gòu)的出現(xiàn)使得賽靈思在20nm節(jié)點有機會繼續(xù)領(lǐng)先。不過，Altera也有殺手锏，那就是英特爾的14nm工藝，一般認(rèn)為它比同行要領(lǐng)先一兩年的時間。而且Altera 14nm器件的推出時間也晚不了多少；Altera說它將于2013年提供14 nm Stratix 10 FPGA測試芯片。當(dāng)然，兩家的競爭對電子行業(yè)總是好消息，他們不僅給我們帶來更高性能的器件，也為我們不斷進軍半導(dǎo)體制造的新領(lǐng)域開拓了道路。 |
