统一架构的赛灵思7系列28nm产品推动FPGA向ASIC/ASSP应用市场扩展

作者：Nicole Chen

FPGA从1984年推出发展至今，在与ASIC/ASSP器件争夺市场的竞争中，功耗成为FPGA向 ASIC和ASSP的新应用和新市场扩展的关键制约因素。目前FPGA的市场规模约为35亿美元，而ASIC/ASSP市场规模达到200亿美元，为了拓展新的应用领域，FPGA需要更低的功耗，更大的容量，更高的系统性能和更低的成本。针对这一目标，赛灵思公司日前推出采用28nm工艺的7系列FPGA产品。

全新7系列FPGA是业界首款采用唯一统一架构、将整体功耗降低一半且具有业界最大容量的FPGA系列产品，能满足从低成本到超高端系列产品的扩展需求。“新产品将使得FPGA能够进入的市场规模达到70亿美元左右，未来更有望达到110亿美元。”赛灵思公司亚太区市场及应用总监张宇清强调。

据张宇清介绍，7系列产品采用了赛灵思和台积电共同开发，针对低功耗、高性能优化的28nm HPL工艺技术。其功耗相比6系列产品降低了一半，相比竞争产品减少了20%，系统性能提高2倍，容量扩大2.5倍，性价比提高2倍。“容量的提升和功耗的降低将使得FPGA对ASIC的替代性大大提升。由于它的架构是统一的，因此在移植时无需维护两个IP库，降低了维护的费用。”他表示。

张宇清指出，“HPL工艺弥补了HL工艺在速度方面的欠缺，而功耗指标则优于HP工艺。除了采用这一优化的工艺技术降低静态功耗(即漏电)，赛灵思还大量采用了其他技术来降低动态功耗和I/O功耗，包括晶体管优化选择，不用的BRAM节电，存储器配置电压从2.5V降到1.8V，优化应模块，可选的 I/O 模式等。此外，智能时钟门控制技术和第五代部分可重配置技术以及选用低功率级器件可进一步降低静态功耗和动态功耗。”

工程师可以利用新一代目标设计平台来提高生产率。该平台将优化的ISE设计套件，即插即用型AXI IP生态系统，可加速开发进程的目标参考设计以及采用FMC的可扩展模板结合在一起，帮助客户降低开发成本。

全新赛灵思 7 系列 FPGA 产品包括业界功耗和成本最低的Artix-7系列、业界性价比最佳的Kintex-7系列，以及业界系统性能和容量最高的Virtex-7系列。它们均采用通用的逻辑单元、BRAM和接口，能够轻松实现扩展。

针对高端应用的Virtex-7系列拥有业界最高的系统性能和容量，与Virtex-6 器件相比，Virtex-7的容量比现有FPGA高出2.5倍，拥有多达200万个逻辑单元，系统性能提升一倍，功耗降低一半，信号处理能力提升1.8倍，I/O带宽提升1.6倍，存储器带宽提升2倍；存储器接口性能高达2133Mbps，串行带宽高达1.9Tbps。通过采用 EasyPath-7 器件，无需任何设计转换就能确保将成本降低 35%。Virtex-7 器件可满足最高性能无线、有线以及广播基础设施应用的需求，TeraMACC信号处理能力能够支持 400G 桥接和交换结构有线通信系统、高级雷达系统和高性能计算机系统。

Kintex-7能以不到Virtex-6系列一半的价格实现与其相当的性能，但性价比提高了一倍，功耗降低了一半。能支持长期演进(LTE)无线基础设备，满足新一代高清3D平板显示器严格的功耗和成本要求，并提供新一代广播视频点播系统所需的性能和带宽。张宇清表示，“基于吞吐量大和运算能力强等优势，我相信Kintex-7将是应用得最广泛的产品。”

相对于 Spartan-6 系列而言，Artix-7系列性能提升了30%，功耗降低了一半，成本降低了 35%，占位面积减小了50%。新产品系列既能满足电池供电的便携式超声波设备的低功耗高性能需求，又能满足商用数码单反相机的小型、低功耗要求。在单反相机应用中，单片Artix-7即可替代9个ASSP，显著降低了成本、功耗和尺寸。

由于采用了统一架构，用户设计方案可以很方便地在Virtex-7、Kintex-7和Artix-7系列之间实现扩展，且无需对产品进行高昂的IP和方案的重设计。统一架构还简化了从上一代赛灵思FPGA中移植设计方案的工作，因此设计工程师现在就可以用 Virtex-6和 Spartan-6 FPGA开始设计工作。例如，一个采用Kintex-7的用于LTE的基带和2×2远程无线电可以移植到Virtex-7上升级为8×8远程无线电，也可以扩展到Artix-7上转化为LTE企业毫微微蜂窝基站。“支持7系列的ISE设计测试套件测试版现已供货，工程师现在就可以开始着手基于7系列的设计。”张宇清补充道。