Технология встроенного FPGA (eFPGA): революция в проектировании ASIC и SoC

Технология встроенного FPGA (eFPGA) — это высокоадаптивное решение, функционирующее как готовый FPGA-чип, обеспечивающее переконфигурируемость логики внутри ASIC и SoC.

Встроенный FPGA вошел в массовое производство, его присутствие простирается от беспроводной инфраструктуры и искусственного интеллекта до умных хранилищ и даже чувствительных к стоимости микроконтроллеров. Как подсистема SoC — сравнимая с CPU или DSP — он динамически переконфигурирует аппаратную логику в диапазоне размеров от 1000 до 500 000 таблиц поиска (LUT).

Для получения более глубокого понимания этой ناشлющей программируемой технологии EDN беседовал с Энди Джаросом, вице-президентом по продажам IP, маркетингу и архитектуре решений в Flex Logix Technologies. Основанная в 2014 году, Flex Logix заявляет о доставке высокоплотной ткани FPGA, упрощающей переконфигурируемость логики без навязывания тяжелой инженерной нагрузки.

Мы начали с вопроса Джаросу о корнях этой технологии. С карьерой, охватывающей Arm, ARC, Motorola и Synopsys, Джарос приносит богатый отраслевой опыт.

История: Постепенная эволюция

Хотя идея внедрения LUT в ASIC восходит к 1990-м годам, практическое принятие застопорилось из-за отсутствия надежных инструментов. Традиционные FPGA полагаются на межсоединительную сетку, потребляющую примерно 80% площади кристалла. Сооснователь Flex Logix Чэн Ван устранил эту неэффективность, разработав иерархическое межсоединение, уменьшающее площадь вдвое, предлагая существенную экономию стоимости и места. По словам компании, их межсоединение достигает 95% утилизации против 70%, типичных для меш-дизайнов.

Рисунок 1: eFPGA можно легко оптимизировать для различных ширин шины. Источник: Flex Logix

Настоящее: Сильное принятие рынком

IP eFPGA Flex Logix удивительно универсален, поддерживая широкий спектр размеров приложений. Поскольку он ведет себя как автономный FPGA, разработчики могут предоставлять массивы любого масштаба всего за несколько дней.

Джарос отмечает растущий интерес со стороны компаний ASIC: «Интеграция функциональности FPGA непосредственно в ASIC улучшает производительность, снижает потребление энергии и уменьшает общую стоимость системы». Это позволяет командам проектирования заменять дорогие дискретные FPGA или полностью устранять их в зависимости от варианта использования.

Системные интеграторы, традиционно полагавшиеся на дискретные FPGA, теперь исследуют IP eFPGA в партнерстве с вендорами ASIC. Этот подход удерживает их в нижних уровнях стека, ускоряя выпуск функций. «В автомобильных OEM и поставщиках 1-го уровня возможность добавления конфигурируемости RTL гораздо более ценна, чем десять лет назад», — замечает Джарос.

Высококлассные MCU, встраивающие ускорители нейронных сетей — обычно требующие от 16 000 до 20 000 LUT — также обращаются к решениям eFPGA. Смешанно-сигнальные проектировщики теперь могут подключить конфигурируемую конечную автомат без накладных расходов полного MCU и его программной экосистемы.

Рисунок 2: eFPGA Flex Logix основан на тайле EFLX 4K, который поставляется в двух версиях: только логика или в основном логика с несколькими блоками умножения-накопления (MAC). Источник: Flex Logix

Будущее: Дополнение дискретным FPGA

Существует заблуждение, что eFPGA каннибализирует рынок дискретных FPGA. В реальности Intel и Xilinx фокусируются на крупномасштабных, функционально насыщенных FPGA для центров обработки данных, объединяя подсистемы CPU и другие высококлассные возможности. «eFPGA не угрожает их основному бизнесу», — говорит Джарос. «Они видят в этом дополнение, и мы не нашли конфликта с традиционными вендорами FPGA».

Контроль цепочки поставок — еще один драйвер: производители с проприетарными MCU или ASIC могут встроить логику eFPGA для замены алгоритмов безопасности или пользовательского кода без перепроектирования всего чипа.

Несколько поставщиков IP предлагают решения eFPGA, и по мере сокращения техпроцессов — от 180 нм до 3 нм — проектировщики все более готовы жертвовать небольшим увеличением площади ради большей конфигурируемости. «Мы предвидим, что 90% чипов, идущих на тэйп-аут в ближайшие пять-десять лет, будут включать некоторую форму контента eFPGA», — заключает Джарос.

>> Эта статья была первоначально опубликована на нашем партнерском сайте, EDN.

Связанные материалы:

• MCU Qomu и комплект разработки eFPFA помещается в USB-порт
• QuickLogic представляет новый автоматический инструмент создания eFPGA
• Инструменты с открытым исходным кодом помогают упростить программирование FPGA
• FPGA нацелены на дизайны пограничного ИИ
• Встроенное проектирование с FPGA: аппаратные ресурсы

Для получения дополнительного контента Embedded подпишитесь на еженедельную рассылку Embedded.