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低功耗通用FPGA用于邊緣設備時需要哪些突破?

來源:電子發燒友網 ? 作者:張慧娟 2020年06月30日 10:40 ? 次閱讀
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Lattice(萊迪思)日前宣布推出全新Lattice Certus-NX系列FPGA,面向從自動化工業設備中的數據處理到通信基礎設施中的系統管理等一系列應用。據稱該產品每平方毫米的I/O密度最高可達同類FPGA競品的兩倍,擁有低功耗、小尺寸、高可靠性和瞬時啟動等特性,支持高速PCI Express(PCIe)和千兆以太網接口,可實現數據協同處理、信號橋接和系統控制。
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這是半年之內,LatTIce基于LatTIce Nexus平臺的第二款FPGA產品,首款產品針對嵌入式視覺,而此次發布的新產品主要面向工業、通信等應用領域。
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圍繞七大特性重新定義通用FPGA

隨著工業自動化和5G等技術的發展,開發人員開始尋求為網絡邊緣應用添加處理和互連功能。為了順應這種趨勢,這些器件需要采用支持PCIe和千兆以太網等常見接口的低功耗處理硬件。設備開發人員還需要易于使用、統一的開發平臺,提供將產品快速推向市場所需的硬件、軟件和IP。
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基于數據處理的最新趨勢,PCIe等串行協議和以太網正在廣泛應用于5G和IoT等系統的芯片連接中。據LatTIce現場技術支持總監蒲小雙(Jeffery Pu)介紹,最新一代Certus-NX FPGA不僅支持這些標準,且在提供高密度I/O的同時,減少了功耗和整個設備的設計尺寸,并行處理能力和靈活的I/O支持,能夠重新定義開發人員對通用FPGA的期待。
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萊迪思現場技術支持總監蒲小雙(Jeffery Pu)
Certus-NX FPGA的主要特性包括:

尺寸縮小多達3倍——Certus-NX FPGA可以在36 mm2內實現完整的PCIe解決方案。即便是使用Certus-NX FPGA系列的最小封裝,其每平方毫米I/O密度仍是同類FPGA競品的兩倍,為橋接應用提供更大的設計靈活性和強大的支持。

可靠的I/O連接性能——Certus-NX的開發人員可以使用LatTIce完善的IP庫,可以在Certus-NX上使用的主要IP包括:1.5Gbps差分I/O,性能超過競品FPGA最高可達70%;5Gbps PCIe、1.5 Gbps SGMII和1066 Mbps DDR3。開發人員可以在Certus-NX開發板上測試這些IP模塊,快速實現在Certus-NX FPGA目標應用上常用的接口。

強大的認證和加密——為了保護器件的位流免于未經授權的訪問/更改/復制,Certus-NX FPGA支持AES-256加密和領先的ECDSA認證,可在設備的整個生命周期內提供保護。
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功耗降低多達4倍——Certus-NX FPGA的可編程基體偏壓功能可根據用戶的應用需求,可選擇高性能或低功耗工作模式。與同類FPGA相比,該系列器件的功耗可降低多達4倍。

瞬時啟動——全新器件還通過SPI存儲器實現快速的器件配置,其速度最高可達同類FPGA的12倍。單個I/O配置只需3ms,整個器件啟動時間為8-14ms(取決于器件大小)。
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可靠性高——對于安全性要求極高的工業和汽車應用而言,可靠的性能至關重要。這些應用中的器件必須達到預期的性能,以避免對人員和財產造成損害。Certus-NX FPGA的抗軟錯誤率(SER)性能最高為同類FPGA的100倍。Certus-NX FPGA為工業溫度級器件。它還支持片上ECC和SEC。

易于使用/設計——Certus-NX FPGA支持易于使用的LatticeRadiant軟件,它提供了統一的FPGA設計環境,可幫助用戶快速高效地開發應用。

差異化設計應對不同垂直細分領域需求

同樣是基于Lattice Nexus平臺,Certus-NX FPGA與前一款CrossLink-NX相比,最大的不同是什么?據Jeffery介紹,最大的差別在于Certus-NX為了提升I/O的個數,去掉了MIPI硬核,這是在推廣前一代產品時找到的I/O的提升空間,對于細分市場用PCIe做普通控制的一些客戶非常有幫助;第二個區別在于安全認證方面,新產品增加了ECDSA認證,也是受前幾代產品的啟發,可在設備的整個生命周期內提供保護。
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談到全新FPGA的優勢,Jeffery表示,FD-SOI工藝為Nexus平臺本身帶來了功耗降低、軟錯誤率降低等,此外,芯片層面的創新設計都有助于這款通用型FPGA的進一步突破,例如對于傳統FPGA來說,通常都是外加SPI Flash,FPGA的快慢往往取決于SPI能跑多快,而新的SPI Flash在芯片內部進行了專門配置,還可以采用四通道寫入數據,有助于配置時間大大縮短。
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據了解,Lattice Nexus平臺基于28nm FD-SOI工藝,因其在系統、架構和電路層面的創新,Lattice能夠加速推出新產品。而這也意味著在新產品開發戰略的指導下,Lattice針對垂直領域的通用FPGA陣營在日益壯大。
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