赛灵思中国通讯51-赛灵思推出业界首款 20nm All Programmable 器件

作者：Mike Santarini  赛灵思公司   《Xcell 杂志》发行人

2013 年 11 月 11 日，赛灵思向客户推出业界首款 20nmAll Programmable FPGA 器件 Kintex®UltraScale™ XCKU040，比竞争对手的 20nm 器件提前数月上市，凭借这一领先一代的优势，公司完成了里程碑式的跨越。在随后的 12 月份，赛灵思又在此基础上推出了完整的 20nm Kintex UltraScale 和 Virtex® UltraScale 产品组合，后者包括 Virtex UltraScale VU440。这款采用 3D IC 技术、含有 440 万个逻辑单元的器件打破了由赛灵思 28nm Virtex-7 2000T FPGA 器件保持的最大容量和最多半导体晶体管数世界纪录。
赛灵思公司企业战略与市场营销高级副总裁Steve Glaser 表示 ： “我们正在开展 20nm 业务并推出众多 20nm UltraScale 器件中的首款产品。凭借28nm 7 系列 All Programmable 器件的巨大成功，我们已建立了稳固的市场领先地位，而此次 20nm UltraScale 的推出则进一步扩大了这一领先优势。目前，我们不仅领先竞争对手数月推出了业界首款采用台积公司 20SoC 工艺的 20nm器件，而且我们的器件采用的是业界最先进的芯片架构以及 ASIC 增强型设计套件与方法。”
20nm Kintex UltraScale 和 Virtex UltraScale产品组合中的所有器件都具备 ASIC 级的性能与功能，而且与取得巨大成功的赛灵思 7 系列产品组合中的对应产品相比具有更低的功耗和更高的容量（图 1）。

目前，28nm 7 系列器件占可编程逻辑器件行业超过 70% 市场份额。此外，赛灵思还进一步优化了 UltraScale 器件架构，并对 Vivado®设计套件进行多项 ASIC 级改善。去年十月份，公司推出了名为UltraFast Design Methodology 的最新设计方法（《赛灵思中国通讯》第 50 期的封面专题对其进行了详细介绍）。继20nm UltraScale 产品组合之后赛灵思将推出 16nm FinFET UltraScale 器件，并称之为“多节点战略” （图 2）。

赛灵思公司产品线市场营销经理 Kirk  Saban 说 ： “现在我们置身于多节点世界，客户设计产品时所使用的器件可能来自 7 系列，也可能来自 UltraScale  20nm 或即将推出的UltraScale  16nm  FinFET 系列，这主要取决于哪种产品最能满足他们的系统需求。例如，如果将 20nm Kintex UltraScale 器件与 Kintex-7 器件进行比较，我们会发现 Kintex UltraScale 中的逻辑与 DSP 功能明显强于 Kintex-7。这是因为目前绝大多数需要高信号处理带宽的应用都倾向于要求 Kintex 级的价位和密度。如果客户的应用无需更高的密度或更强大的 DSP 功能，那么 Kintex-7 仍是一种非常可行的设计
工具。”
Saban 说，多节点方案给赛灵思广泛的客户群带来了业界最强大的 All Programmable 器件选择，同时 Vivado设计套件和 UltraFast 方法可实现无可
匹敌的高生产力。
Saban 说 ： “业界有一种错误的观念，认为只需等竞争对手英特尔完成他们的 14nm FinFET 硅设计工艺并构建出新一代器件后，赛灵思就会被竞争对手超越。我们当然不会坐以待毙。我们已开始推出能帮助客户打造创新产品的 20nm UltraScale 器件，而且还将与竞争对手同期推出 UltraScale FinFET 器件。我们将利用这些器件，以及 Vivado 设计套件和 UltraFast 方法的 ASIC 级优势建立起我们领先一代的优势。”
Saban 指出，这些进步都建立在坚实的制造技术基础之上。他说 ： “可以自信地说我们拥有业界最强大的代工合作伙伴 —— 台积公司 (TSMC)。该公司在产品交付与可靠性方面取得了令人信服的成绩。产品代工是台积公司的主营业务，为大多数半导体行业的公司加工产品。此外，台积公司前CTO，现任顾问 Chenming Hu 先生是FinFET 工艺的真正先驱者，同时他们对于新一代工艺 FinFET 的开发工作给我们留下了非常深刻的印象。”
Kintex UltraScale 系列中速度级最低的器件也具备 12.5Gbps 出色的收发器性能，这对于无线应用来说尤为重要。同时，赛灵思还在其 Virtex UltraScale产品中提供具有 28Gbps 背板操作功能以及 33Gbps 芯片至芯片和芯片至光学器件接口性能的收发器。
Saban 说 ： “我们已在 UltraScale中加入了一些重要的集成 IP 硬核模块。我们将 100Gbps 以太网 MAC 作为 IP 硬核添加到 Vi r t e x 和 Ki n t e x
Ul traScale 系列器件中。此外，还在两个 UltraScale 产品系列中加入了工作性能高达 Gen3x8 的硬化 150Gbps Interlaken 接口和硬化 PCI  Express
Gen3 模块。”KINTEX 与 VIRTEX ULTRASCALE 晶体管数每种硅工艺节点都会为半导体行业提出一系列新的制造与设计挑战，20nm 节点也不例外。这种结构在布线延迟、时钟歪斜和 CLB 封装方面带来新挑战。然而，赛灵思能够在Kintex UltraScale 和 Virtex UltraScale器件中克服这些难题，并大大提高整体性能和利用率。 （请查阅侧边栏“使FPGA 达到 ASIC 级特性的正确途径是什么？”）这种错综复杂的节点也使赛灵思能够对架构进行多项模块级改进，并与 Vivado 工具套件实现协同优化，以提供 最高带宽和最大信号处理能力。
Saban 说 ： “如果仔细观察我们的DSP 创新技术，就会发现我们已经采用更宽输入乘法器，其可帮助我们在每个功能上使用更少的模块并为任何类型的 DSP 应用提供更高的精度。我们还在 DSP48 内部为无线通信客户额外增加了一些 FEC、ECC 和 CRC 方面的新特性。”
在 Block RAM 方面，赛灵思加强了数据级联输出，并利用一些全新的创新型增强功能在改善功耗的同时提高 BRAM 性能。
赛灵思在 20nm Kintex 和 Virtex UltraScale 产品组合中提供两种不同收发器。中 / 高速度级 Kintex UltraScale器件将支持 16.3Gbps 背板运行。即使Kintex UltraScale 系列中速度级最低的器件也具备 12.5Gbps 出色的收发器性能，这对于无线应用来说尤为重要。同时，赛灵思还在其 Virtex UltraScale产品中提供具有 28Gbps 背板操作功能以及 33Gbps 芯片至芯片和芯片至光学器件接口性能的收发器。
Saban 说 ： “我们已在 UltraScale中加入了一些重要的集成 IP 硬核模块。我们将 100Gbps 以太网 MAC 作为 IP 硬核添加到 Vi r t e x 和 Ki n t e x
Ul traScale 系列器件中。此外，还在两个 UltraScale 产品系列中加入了工作性能高达 Gen3x8 的硬化 150Gbps Interlaken 接口和硬化 PCI  Express®
Gen3 模块。”