Упрощение проектирования с помощью встроенной технологии FPGA

Технология eFPGA очень универсальна и работает как стандартная Микросхема FPGA, обеспечивающая реконфигурируемость логики в проектах ASIC и SoC.

Время для встраиваемых ПЛИС (eFPGA) наконец-то настало, и это видно по их распространению в микросхемах, обслуживающих беспроводную инфраструктуру, искусственный интеллект (ИИ), интеллектуальные хранилища и даже чувствительные к стоимости микроконтроллеры. В качестве подсистемы «система на кристалле» (SoC) - точно так же, как ЦП или DSP - он динамически реконфигурирует аппаратную логику с размерами от 1000 до 500000 таблиц поиска (LUT).

Чтобы получить преимущество в этой новой программируемой технологии, EDN поговорил с Энди Яросом, вице-президентом по IP-продажам, маркетингу и архитектуре решений в Flex Logix Technologies. Компания Flex Logix, основанная в 2014 году как IP-компания, утверждает, что предоставляет матрицу FPGA высокой плотности для облегчения реконфигурируемости логики, не требуя от инженеров-проектировщиков выполнения гигантской работы.

Мы начали обсуждение с того, что спросили Яроса о происхождении этой технологии. Ярос - ветеран полупроводниковой промышленности, его карьера простирается от Arm и ARC до Motorola и Synopsys.

История:не так быстро

Понятие eFPGA имеет неоднозначную историю, восходящую к 1990-м годам. Специалисты в области полупроводников уже давно говорят о включении LUT в ASIC для получения дополнительной гибкости. Однако, в отличие от FPGA, которые поставлялись с надежными инструментами, нехватка инструментов была серьезным препятствием при внедрении встроенных IP FPGA в микросхемы.

Ярос вспоминает, что заявления о создании ткани eFPGA шли десятилетиями. «Некоторые люди из старых полупроводниковых компаний говорят, что они делали это примерно 20–30 лет назад, но то, как они реализовали встроенную ПЛИС, потребовало большого внимания».

В традиционных ПЛИС используется межкомпонентная сетка, и 80% площади ПЛИС занимает межсоединение. Соучредитель Flex Logic Ченг Ван разработал иерархическое межсоединение, занимающее половину площади по сравнению с межсоединением с сеткой. Это, в свою очередь, дает значительные преимущества по площади и стоимости. Поставщик IP-адресов eFPGA также заявляет, что его межсоединения используются на 90%; с другой стороны, при использовании межсоединений ячеистой сети в дискретных ПЛИС мы видим почти 70% -ное использование.

Рис. 1. eFPGA можно легко оптимизировать для шин различного размера. Источник:Flex Logix

Настоящее:дела идут хорошо

Технология eFPGA носит очень общий характер, поскольку ее поддержка охватывает от очень маленьких экземпляров до очень больших экземпляров для различных приложений. EFPGA, который работает как стандартная микросхема FPGA, может доставить массивы любого размера за считанные дни.

«Мы набираем обороты с компаниями ASIC, - сказал Ярош. «Интеграция функций FPGA в ASIC повышает производительность и снижает энергопотребление и стоимость на системном уровне». Это позволяет инженерам-разработчикам полностью отказаться от FPGA или использовать менее дорогие FPGA, в зависимости от требований приложения.

Ярос также отметил, что системные компании, которые традиционно использовали FPGA, начинают изучать IP-адреса eFPGA вместе со своими партнерами ASIC. Это позволяет системным домам оставаться на нижних уровнях среднего стека. Более того, в то время как требования рынка быстро меняются, системные производители, такие как OEM-производители автомобилей и производители первого уровня, не могут ждать год, чтобы добавить новые функции. «Поэтому некоторая настраиваемость RTL имеет больше смысла, чем это было 10 лет назад».

Кроме того, есть микроконтроллеры более высокого уровня, которые начинают включать аппаратные ускорители, будь то обработка искусственного интеллекта в нейронных сетях или ускорение проприетарного кода. В этих сценариях обычно используется от 16 000 до 20 000 LUT. Далее, Ярош видит больший интерес со стороны компаний со смешанными сигналами. «Единственное, что меняется на цифровой стороне, - это конечные автоматы», - сказал Ярош. «Итак, разработчики смешанных сигналов смотрят на eFPGA, чтобы добавить уровень конфигурируемости для конечного автомата без необходимости инвестировать в MCU и полный набор программных инструментов».

Рис. 2:eFPGA Flex Logix основан на EFLX 4K, плитке, которая поставляется в двух версиях:полностью логическая или в основном логическая с некоторыми сумматорами умножения (MAC). Источник:Flex Logix

Будущее:конкуренция с дискретными ПЛИС

Распространено мнение о том, что бизнес с eFPGA представляет собой угрозу для сегмента автономных FPGA. Однако Intel и Xilinx разрабатывают сложные продукты. «Intel и Xilinx переходят на более крупное пространство FPGA для поддержки гипермасштабируемых центров обработки данных, и для этого они добавляют аппаратные подсистемы ЦП вокруг своих FPGA», - сказал Ярос. «Я не думаю, что eFPGA повлияет на Intel и Xilinx, поскольку они продают большие и дорогие FPGA с большим количеством функций».

Он добавил, что бизнес eFPGA очень дополняет друг друга. «Мы поговорили с Xilinx и сотрудниками Intel, и они вообще не видят никаких конфликтов». Это также связано с тем, что требования к реконфигурируемости охватывают широкий спектр отраслевых сегментов, и, как следствие, не может быть большого конфликта с традиционными компаниями, производящими FPGA.

Рис. 3. Поставщики IP-адресов eFPGA не видят особых конфликтов с традиционными компаниями, производящими FPGA. Источник:Flex Logix

Еще одним фактором, стимулирующим бизнес eFPGA, являются компании, которые хотят контролировать свою цепочку поставок. У них могут быть свои собственные MCU или ASSP, на основе которых они построили программные стеки. Таким образом, добавляя некоторый уровень реконфигурируемости eFPGA, они могут менять алгоритмы безопасности или собственный код.

IP-адреса eFPGA доступны от нескольких поставщиков, и, хотя эти IP-адреса являются относительно более интегрируемыми, плотность FPGA начинает иметь смысл для определенных приложений. Еще одна вещь, которая сместила маятник в пользу eFPGA, - это переход к более мелким технологическим узлам. Flex Logix, поддерживая технологические узлы от 180 до 5 нм, в настоящее время занимается проектированием микросхем вплоть до 3 нм.

«Мы наблюдаем большую готовность жертвовать небольшим пространством для конфигурируемости», - заключил Ярош. «Таким образом, подавляющее большинство чипов, которые будут выпущены на ленту в ближайшие пять-десять лет, будут иметь некоторую степень содержимого eFPGA». Быстро меняющиеся стандарты и уникальные алгоритмы искусственного интеллекта подтверждают это повествование и, как следствие, обещание eFPGA в ближайшем будущем.

>> Эта статья изначально была опубликована на нашем дочернем сайте , EDN.

Связанное содержание:

• Комплект разработчика Qomu MCU и eFPFA подходит к USB-порту.
• QuickLogic имеет новый инструмент автоматического создания eFPGA
• Инструменты с открытым исходным кодом помогают упростить программирование FPGA.
• ПЛИС предназначены для периферийных вычислительных систем с искусственным интеллектом.
• Встроенный дизайн с ПЛИС:аппаратные ресурсы

Чтобы получить больше информации о Embedded, подпишитесь на еженедельную рассылку Embedded по электронной почте.