赛灵思通讯49期：赛灵思新一代UltraScale架构采用20nm 平面和16nmFinFET

在28nm技术突破的基础上，赛灵思又宣布推出基于20nm节点的两款业界首创产品。赛灵思是首家推出20nm商用芯片产品的公司。此外，该新型器 件也是赛灵思将向市场推出的首款采用UltraScale®技术（可编程产业的首款ASIC级架构）的产品。UltraScale架构充分发挥 Vivado®设计套件中尖端EDA技术的优势，使客户能够快速开展新一代All Programmable创新。在28nm节点上，赛灵思在业界率先推出Zynq®-7000 All Programmable SoC 和 Virtex®-7 3D IC两款产品。此举将继续保持赛灵思从28nm工艺节点开始领先竞争对手整整一代水平的优势。

赛灵思市场营销和企业战略高级副总裁Steve Glaser指出：“赛灵思是首家推出28nm器件的公司，在20nm工艺节点上，我们继续保持业界最积极的的产品投片计划。我们的努力再次获得回报，赛 灵思在高端器件上远远领先竞争对手至少一年的时间，而在中端器件上则至少领先半年左右。”

与28nm技术节点一样，赛灵思在推出的新产品组合中也实现了一些业界首创的技术创新。首先，公司推出了新一代UltraScale架构，该架构将 采用20nm、16nm FinFET乃至更先进的工艺。Glaser表示：“这是业界首款可帮助用户通过All Programmable器件实现ASIC级设计的可编程架构。UltraScale架构使得赛灵思推出的20nm和16nm FinFET All Programmable能够提供海量I/O和存储器带宽，支持最快速的包处理和DSP处理、类似ASIC的时钟、电源管理和多级安全性。”

架构优势

UltraScale架构包括数百种结构改进，但是如果没有开发出Vivado 设计套件，其中的许多改进都是无法实现的。Vivado 设计套件为赛灵思客户提供了高级EDA工具功能，比方说Vivado的高级布局布线功能，能帮助用户全面发挥UltraScale的海量数据处理功能，使 得设计团队能将UltraScale的利用率提升到90%以上，而且还能满足严格的性能和功耗要求。如此高的利用率大大超过了同类竞争产品所能达到的水 平，竞争产品现在还要求用户牺牲性能来提高利用率，这就使得客户不得不选用厂商更大型、更昂贵的器件，结果他们却发现需要放慢时钟速率来满足系统功耗要 求。

在28nm工艺节点上，这一问题已不复存在，这要归功于赛灵思的布线架构。在20nm工艺节点上，这也不会构成问题，因为UltraScale架构 能够针对宽总线实现海量数据流，来帮助客户开发出具有数Tb吞吐量和最低时延的系统。与Vivado协同优化的UltraScale架构能通过高度优化的 关键路径与内置高速存储器级联来消除DSP和包处理的瓶颈问题。增强型DSP子系统将关键路径优化与新型27个18位乘法器和两个加法器相结合，可显著提 升定点及IEEE-754浮点运算的性能与效率。宽存储器实现方案也适用于UltraScale 3D IC，显著改进了晶片间带宽，从而提高了整体性能。

图1 – UltraScale架构能提供海量I/O和存储器带宽，支持最快速的包处理和DSP处理、类似于ASIC的时钟、电源管理和多级安全性。

通常仅见于ASIC级产品中的多区域时钟技术使设计人员能够在其系统中构建出高性能低功耗且时钟歪斜极低的时钟网络。

UltraScale器件对I/O和存储带宽做了进一步改进，包括支持新一代存储器连接，能大幅降低时延并优化I/O性能。该架构提供了多个硬化ASIC级IP核，包括10/100G以太网、Interlaken和PCIe®。

UltraScale架构还支持多区域时钟，该特性通常仅见于ASIC级产品中。多区域时钟能使设计人员能够在其系统中构建出高性能低功耗且时钟歪 斜极低的时钟网络。UltraScale架构和Vivado的协同优化也能让设计团队针对赛灵思20nm All Programmable产品的更多不同功能元件采用更丰富的电源门控技术，从而进一步降低功耗。

最后但同样重要的是，UltraScale还支持通过AES比特流解密与认证、密钥模糊处理以及安全设备编程等高级方法来实现业界一流的系统安全性。

专门关键市场量身定制

Glaser指出，设计团队利用UltraScale器件可实现更高的系统集成度，同时最大化整体系统性能，降低整体系统功耗以及系统的总材料清单 成本。他说：“当初FPGA仅被视为很好的逻辑器件替代品，但是赛灵思以其在28nm工艺节点上所取得的成果为基础，继续利用20nm和FinFET 16/14工艺提升All Programmable技术的价值，使其远远超越了当初人们对于FPGA产品的价值预期。我们独特的系统价值在多种不同应用中都得到了突出体现。”

Glaser指出，采用赛灵思20nm和16nmFinFET UltraScale架构的器件能充分满足不断涌现的多种不同细分市场需求，例如光传输网络（OTN）、网络高性能计算、数字视频和无线通信等（参见图 2）。所有这些领域都必须满足越来越多对产品性能、成本、低功耗和大规模集成的要求。


图2 – UltraScale架构将加速下一代不同类型系统的开发，尤其是有线和无线通信领域的系统开发