仅有16nm还不够,Xilinx在下一代FPGA/SoC中加入多种猛料

排行榜 收藏 打印 发给朋友 举报 来源: EEPW   发布者:jackzhang
热度195票  浏览2802次 【共0条评论】【我要评论 时间:2015年3月11日 10:14

2月底,发布了下一代16nm产品特点的新闻:《凭借新型存储器、3D-on-3D 和多处理SoC技术在16nm继续遥遥领先》(http://www.eepw.com.cn/article/270122.htm),大意是说,新的16nm 和SoC中,将会采用新型存储器UltraRAM, 3D晶体管(FinFET)和3D封装,Zynq会出多处理器产品MPSoC,因此继28nm和20nm之后,继续在行业中保持领先,打破了业内这样的规则:Xilinx和竞争对手在工艺上交替领先。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/270775.htm

  图 Xilinx 16nm产品具备的主要功能

  为何此时宣布2年后的新产品?

  人们不免产生这样的疑问,2014年12月,Xilinx的20nm芯片刚刚量产。为何Xilinx又如此之快地宣布两年后将会量产的16nm计划?答案是:你懂的!Xilinx的竞争对手Altera二三年年前已宣布和Intel进行战略合作,Altera的14nm 3D(Trigate)芯片将由Intel代工。当时Xilinx的代工厂——台积电的技术(16FF)还无法和Intel匹敌。这次,代工厂台积电推出了16FF+新工艺,Xilinx的腰板一下子硬了。

  当然,仅仅靠代工厂也显得太low了,在上一次20nm+UltraScale组合的成功基础上,Xilinx又推出了前述的多种猛料,并抛出了16nm的UltraScale+、SmartConnect等料。

  另外,Xilinx的销售策略也改变了,多种制程的产品将在市场上共存,这也是Xilinx不吝公布16nm的下一代产品。Xilinx公司全球高级副总裁兼亚太区执行总裁汤立人(下图)称,由于16nm产品太复杂了,不是所有应用都会用到,因此不会对20nm、28nm的产品产生冲击,各种制程的产品会在市场共存,以满足复杂度不同的各种应用。但在过去,从90nm推出到65nm的时候,Xilinx就不去卖90nm了;当40nm出来后,就不推65nm了。

  猛料1:3D-on-3D

  16nm的3D-on-3D,即3D晶体管(FinFET)和3D封装,据称是在半导体公司里第一家实现的。

  其实早在28nm时,Xilinx就已推出了3D封装。汤立人称3D IC受到很多做ASIC仿真的通信大公司的欢迎。

  Xilinx在20nm时的3D IC实现了400万逻辑单元,共有190亿个晶体管,价格十几万美元,听起来好像贵得吓人,但是如果换成做ASIC,数千万美元才能搞定,而且ASIC不能修改,风险非常大。

  3D-on-3D的好处是集成度和成本。集成度提高不言而喻。从成本来说,Xilinx可以做到更低的系统成本,做3D IC要比单芯片的3D便宜非常多。

  FinFET主要靠台积电的工艺搞定。

  3D封装最大的挑战是散热,尤其是中间那层的散热问题。市面上大部分3D堆叠封装产品是存储器,因为存储器不是经常存取的,耗能较少。但是/SoC由于要做运算,能耗较大。Xilinx的做法是,上下层是有效电路,这是晶体管要跑的,有功耗的,中间是金属介质层,主要用于连接信号,没有晶体管,因此就没有耗电和热的问题。(笔者注:由于中间层没有晶体管,业界也有人认为这是2.5D封装)。

  猛料2:软件成为UltraScale+的重要部分

  UltraScale+有Virtex,Kintex和Zynq。工艺方面主要是3D-on-3D。

  图 UltraScale+产品组合及价值

  此时,Xilinx更强调了Vivado和SDx(软件定义的系列工具)软件工具的作用。因为Xilinx的CEO Moshe Gavrielov过去是著名的EDA(电子设计自动化)公司——Cadence的副总,他改变了Xilinx的业务模式,想转型成为EDA公司(笔者注:业界一些媒体评论认为),因为工具是非常重要的,工程师要想成功地设计,应该完全靠工具,和硅芯片没太大关系。理由是:现在越做越复杂,但主要还是硬件工程师用FPGA,软件工程师做不了FPGA设计。现在大学生很多喜欢做软件工程师,硬件工程师越来越少。所以,Xilinx想要扩大市场,必须花很多功夫来吸引软件工程师。为此,在北京,Xilinx前两年研发了HLS,在某些应用中可以用C语言做FPGA设计。Xilinx也越来越多地提SDx方面的事情。

  猛料3:UltraScale+使性能功耗比提高2~5倍

  怎么达到2倍到5倍的系统性能呢?汤立人称,16nm加上3D 封装和FinFET,而且嵌入了很多的存储器(UltraRAM),还有新一代的智能互联(SmartConnect)。

  在工艺上,Xilinx与台积电合作,之前台积电有16FF,16FF比Intel、三星的14nm差一点,后来台积电又推出了16FF+,比16FF性能提高15%,在功耗方面降低大概30%,与Intel的14nm工艺相当。

  一个产品成功与否,不光是看工艺的,与架构关系也很大。Xilinx第一个提出ASIC级的可编程架构UltraScale,16nm时将升级到UltraScale+。

  猛料4:UltraRAM

  UltraRAM是最新的存储器技术,是台积电与Xilinx共同开发的。Xilinx认为该技术主要适合视频应用。众所周知,分布式RAM可以达到1000位,Block RAM可以达到数十Mb,如果应用需要比较大的存储器的话,以前在UltraScale+之前,用户需要很多外部存储器,但是当布置大量的外部存储器的时候,很多信号、性能等方面的问题会出现,造成性能降低、功耗提高很多,因为要驱动外部信号。

  因此Xilinx的UltraScale+中加入了UltraRAM,使容量可以达到432Mb,可以做到深度数据包缓冲、视频缓冲,这非常有用,因为在4K/8K视频应用方面缓存至关重要。

  在芯片内做RAM的好处是:信号不需要在芯片和芯片之间传输,所以无论在功耗、性能、成本上都会大大提升。

  猛料5:SmartConnect降低功耗20%

  另一个与20nm不同的地方在于,Xilinx现在的软件可以根据延迟决定信号放在哪一种互联里。因为Xilinx的产品有不同的互联设计在里面。以前软件没有这么规律地去优化究竟什么信号、block放在互联里面,所以在性能和功耗方面不是最优化的。

  SmartConnect是Xilinx内部开发的一个工具,可使功耗降低20%左右。

  猛料6:多处理器MPSoC

  Xilinx向嵌入式领域进军的代表作是Zynq,有两个ARM Cortex-M9核,已经应用于汽车、医疗、工业等方面。在国内,比如点钞机会用很多这种技术,Zynq,不光是点,还可以验证钱币的真假,因为图像处理功能很强。

  现在Xilinx推出MPSoC——多处理SoC,即用合适的引擎来做合适的事。通过MPSoC可使性能提高5倍。

  MPSoC的内容很多,有四核的A53,是64位核心。还有32位双核的实时处理器,有非常多的图形处理器(采用ARM Mail-400M系列),还有视频编/解码器,因为4K/8K需要编解码。以前是用软的方法来做编解码,现在是用硬的方法来做,性能会提升很多。加上Fabric,UltraRAM,还有混合模拟信号。

  在这么多内容在里面,功耗很重要。如果不需要用所有功能,MPSoC可以将部分的电源功耗降低或者关闭。另外,要做到保密、安全、可靠。

  16nm的应用展望

  在无线方面,在4G/LTE方面Xilinx做得非常成功。接下来的16nm将做LTE-A,5G也快来了。在国内很大的一家客户已经在用20nm芯片了,他们也准备要用16nm做LTE-A。

  4K/8K视频需要很多缓冲方面的技术,现在20nm可能实现得不够好。在数据中心,也可以有非常多的应用。在物联网方面也是,机器到机器,所以在FPGA的应用非常非常多,OTN等方面。

  Xilinx在通信方面,占了一大半的市场份额,其实Xilinx一大半都是在通信以外的应用,在汽车、医疗、工业、通信等方面,Xilinx一直会扩张。

  出货时间表

  预计今年第二季度会推出16nm首款流片,提供给早期介入的客户。2015年第四季度会有样片。如果要量产的话还需要两年左右的时间。

  小结

  Xilinx的16nm产品推出了一系列组合拳,逻辑、处理、存储、模拟,高集成、低功耗,功能可谓强大。不仅如此,Xilinx还希望通过软件工具来吸引更多的软件人员,以达到这样的境界:只管用工具来设计,至于是神马芯片并不重要。

TAG: 处理器 存储器 晶体管 竞争对手 下一代
对本篇资讯内容的质量打分:
当前平均分:-0.26 (97次打分)
【已经有98人表态】
18票
感动
6票
路过
14票
高兴
15票
难过
9票
搞笑
10票
愤怒
15票
无聊
11票
同情
上一篇 下一篇
查看全部回复【已有0位网友发表了看法】