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赛灵思20nm ASIC级可编程架构投片，直面头号系统性能挑战
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作者：邵乐峰?
Xilinx日前宣布在20nm工艺节点再次推出两大行业第一：投片半导体行业，也是可编程逻辑器件(PLD)行业首款20nm All Programmable器件；发布第一个ASIC级可编程架构UltraScale。“我们制定了业界最激进的20nm投产计划。”赛灵思公司(Xilinx)全球高级副总裁汤立人(Vincent Tong)说，“我相信，当客户结合采用台积电技术和UltraScale架构，并通过Vivado设计套件进行协同优化后，其产品将比竞争对手提前一年实现1.5至2倍的系统级性能和可编程集成。”此次推出ASIC级可编程架构的大背景在于，随着需要极高数据速率的400G OTN、LTE/LTE-A、4K2K和8K视频处理、以及数字阵列雷达等新生代系统的不断涌现，时钟歪斜、大量总线布置以及系统功耗管理方面的挑战将会达到令人生畏的程度。“一旦以数Gbps速度传输的串行数据流进入芯片，就必须扇出(Fan Out)，以便与片上资源的数据流、路由和处理能力相匹配。”汤立人说。因此，实现上述要求的必要条件并非仅是改善单个器件性能，或增加模块数量这么简单，而是要从根本上提高通信、时钟、关键路径以及互联性能，以满足这些高性能应用对海量数据流和智能数据包、DSP或图像处理等的要求。Virtex UltraScale 4x100G MuxSAR OTN交换Kintex UltraScale用于超高视频处理Kintex UltraScale用于256通道超声图像处理本文为《国际电子商情》原创，版权所有，转载请注明出处并附链接第2页：第3页：相关阅读：? ? ?
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　　电子发烧友网：继 Virtex-7 2000T 之后，赛灵思日前又推出一款 7 系列的高端器件 Virtex-7 H580T，这是全球首款异构 3D FPGA，该技术是在堆叠硅片互联(SSI)技术的基础上，对 FPGA 和 28Gbps收发器的整合方式进行了创新。赛灵思亚太区市场及销售副总裁杨飞表示，从处理器到数模混合再到 IP 资源的整合，赛灵思提供的已经不仅仅是 FPGA 器件，而是 AllProgrammable的平台。
　　从性能上看，Virtex-7 HT 系列是业界带宽最高的 FPGA，最多可提供16个28Gbps 收发器和72个13Gbps 收发器，也是唯一能满足关键 Nx100G 和400G 线路卡应用功能要求的单芯片方案。首先供货的 Virtex-7 H580T 拥有8个28Gbps 收发器,该器件结合了赛灵思先进的100G 变速机制(gearbox)、以太网 MAC、OTN 和 Interlaken IP，可为客户提供不同的系统集成，从而满足他们在向 CFP2光学模块转型时对密度、功耗和成本的要求。 那么，Virtex-7 H580T和 Virtex-7 2000T 究竟有哪些不同呢?杨飞表示，同样是3D 工艺器件，Virtex-7 2000T 是将4片28nm FPGA 管芯堆叠，从而搭建出68亿个晶体管200万门规模的强大器件。在 Virtex-7 2000T 中，高速串行收发器与 FPGA 是同在一个28nm 的 die 上，而28Gbps 收发器在40nm 工艺上表现甚佳，所以目前最理想的做法是采用40nm 的28Gbps 收发器。Virtex-7 HT 器件就是将3片28nm FPGA 管芯(内置72个13Gbps 收发器)和16个40nm 的28Gbps 收发器(共2片，每片8个置于 FPGA 管芯阵列的两侧)进行堆叠互联。从性能上看，Virtex-7 2000T 拥有最高的逻辑资源(适用于原型验证、ASIC 替代和一些前沿应用的算法实现等)，Virtex-7 H580T 则在收发器数量和带宽上具有更高的表现，这也与其产品定位有很大关系。
　　赛灵思全球高级副总裁兼亚太区执行总裁汤立人表示，模拟工艺并不完全能跟随摩尔定律走，赛灵思的异构3D 工艺中，65nm 工艺的金属连接层本身是被动组件，可以自由搭配40nm和28nm 工艺的数字和模拟器件，降低了集成的难度，避免了散热的难题。&从 CFP2光学模块接口要求的抖动特性眼图实测效果看，Virtex-7 H580T 表现完美，&汤立人说，&目前市面上 还未 见有 同样 性能 的器 件， 有号 称可 提供 4个 28Gbps 收 发器 的 FPGA 实 际是 能跑 到25Gbps，并且其眼图表现不好。&Virtex-7 H580T 器件采用异构3D 结构提供独立于核心 FPGA 的28 Gbps 收发器，保证了整体信号完整性并提升了生产力。
　　杨飞表示，FPGA 和收发器分属数字和模拟的不同工艺，Virtex-7 HT 器件的这种异构化设计使赛灵思能够随意选择核心 FPGA 和28Gbps 收发器芯片，这可以减少28nm 工艺下，搭载高速收发器的 FPGA 的漏电问题带来的影响。另外，异构3D 的结构，使得28Gbps 收发器独立在 FPGA 外，因而噪声隔离效果卓越，实现了最佳的整体信号完整性和系统余量，并加快了设计收敛，加速产品上市进程。
　　Virtex-7 HT 可以说是为高速和高带宽的通信系统度身定做，如 CFP2模块的线卡。杨飞表示，为了升级网络，解决数据用量的几何级增长带来的挑战，通信产业正在改善光学模块的功耗和端口密度，同时还要降低单位比特的成本，由 CFP 向 CFP2以及未来 CFP4光学模块发展是产业趋势。Virtex-7 HT 是唯一一款能在逻辑容量和 I/O 速率上同时满足更高处理能力线路卡要求的 FPGA 单芯片解决方案，能够满足 Nx100G 和400G 线路卡设计的需求，能支持多达4个 IEEE 100GE gearbox，而且能在同一 FPGA 中选择集成高级调试功能、OTN、MAC或 Interlaken IP，无需独立的 gearbox 和 ASSP 器件。杨飞表示，Virtex-7 H580T 能够在单芯片上实现2&100G OTN 转发器，与其相比，以 ASSP 为基础的方案还有一年多才面世，需要5个器件来实现同等功能，而且功耗至少增加40%，成本增加50%，并且没有差异性。此外，将于明年1季度推出的 Virtex-7H870T 器件已经能够支持400GE(目前唯一的单片方案)16个25Gbps 接口的模块。这样就能降低整体功耗和材料成本，而且能够随着协议的不断变化提供更灵活的方案。
　　虽然赛灵思所使用的台积电的这种3D 工艺并非排他性技术，但由于涉及器件电路的重新设计和布局，所以并非简单的移植就可用。汤立人表示，简单来讲，要用 SSI 技术，必须将管芯之间的互联由原来的 I/O 口互联(该模式无法满足超大规模器件对效率的要求)，更改为由中间的金属互联层进行(互连效果相当于同一个 die，延迟只有1ns)，这涉及到设计方法学和整个产品平台策略的革命，非一朝一夕可以完成。赛灵思从2006年开始导入计划，历经5年时间方才大功告成，这意味着其他公司要想使用该技术研产，面临的挑战十分巨大。
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