【原創】萊迪思以新架構新工藝FPGA搶占嵌入式視覺和AI應用

winniewei 提交于 周二, 01/07/2020
【原創】萊迪思以新架構新工藝FPGA搶占嵌入式視覺和AI應用

作者:曾思敏

FPGA經過近30年的發展,已經成為電子系統中不可或缺的一個產品,隨著智能化生活的需求加劇,FPGA在信號轉換、傳感器信號處理、5G、智能工業、智能醫療、汽車電子、人工智能領域得到廣泛應用。

在全球FPGA廠商中,賽靈思和Altera(被英特爾收購)占據了近90%的市場,剩下的市場被萊迪思以及一些本土FPGA廠商瓜分,多年來,萊迪思在小容量FPGA領域深耕,它避開了賽靈思和Altera的主要領域主攻消費電子領域,在這個市場萊迪思也獲得了近58%的毛利!不過隨著本土FPGA崛起,這個市場在被本土FPGA廠商蠶食,對于萊迪思而言,它必須有新的突破。

近日,萊迪思宣布推出全新低功耗FPGA技術平臺——Lattice Nexus?。該技術平臺旨在為各類應用的開發人員帶來低功耗、高性能的開發優勢,如物聯網的AI應用、視頻、硬件安全、嵌入式視覺、5G基礎設施和工業/汽車自動化等。無論是在解決方案、架構還是電路設計層面,萊迪思Nexus均展現出創新,不但能大幅降低功耗且提供更高的系統性能。

萊迪思以新架構新工藝FPGA搶占嵌入式視覺和AI應用

Nexus技術平臺的創新點

據萊迪思半導體亞太區產品市場總監陳英仁介紹,Lattice Nexus?有四大特點,首先是創新的架構。“我們的一些競爭對手,他們還是在用LUT6,這是十年前的架構,雖然查找表比較寬的時候,同時可以處理更多資料,速度性能會比較好。但當你不是全部都需要那么寬的時候,它就會有一些損耗,效率也不會那么高了,這樣導致芯片復雜度高、面積比較大,利用率也不高?!八赋?,“我們認為4輸入查找表是目前乃至以后產品都可以得心應手應用都架構,因為我們要求的不是最高性能,我們要求的是低功耗、低成本和使用便捷性。6輸入其實是把高端產品都低階復制,但是沒有優化,而我們會做很多優化,在I/O、高效率連接、封裝、硬核ip上都有優化。這就是我們都專注?!?/p> 萊迪思以新架構新工藝FPGA搶占嵌入式視覺和AI應用

據他介紹,萊迪思的Nexus技術平臺憑借這個創新架構,能在行業領先的低功耗條件下優化系統性能。例如,該平臺優化的DSP模塊和更大的片上存儲器可實現低功耗高性能的計算,如AI推理算法,并且運行速度是之前萊迪思FPGA的兩倍而功耗減少一半。萊迪思Nexus還使用創新的電路設計為客戶提供各類重要功能,包括可編程的功耗與性能優化以及針對瞬時啟動應用的快速配置。

其次是新工藝,萊迪思Nexus采用的是基于三星的28 nm耗盡型絕緣層上硅(FD-SOI)工藝技術。與bulk CMOS工藝相比,FD-SOI工藝的漏電降低了50%,這個工藝技術是低功耗產品的首選,很多物聯網平臺都是采用這個工藝,我們熟悉的瑞芯微、華米、索尼都采用這個工藝實現了優異的低功特性。關于這個工藝介紹,大家可以看看《FD-SOI的低功耗分析》,這個工藝技術目前生態建設已經完備,今明兩年會有爆發趨勢。

三星?Foundry營銷副總裁Ryan Lee表示:“我們很高興能與萊迪思合作,將28納米FDS制造工藝的優勢引入低功耗FPGA市場。萊迪思將其在FPGA架構設計方面的創新和專長與我們行業領先的差異化代工技術相結合,將在未來幾年繼續保持在低功耗FPGA領域的領先地位?!?/p> 萊迪思以新架構新工藝FPGA搶占嵌入式視覺和AI應用

陳英仁表示28nm FD-SOI的另個優勢就是提升了產品的穩定性,“外太空的輻射會造成邏輯門的翻轉,造成軟失效(SEU),也叫“軟錯誤率(SER),28nm FD-SOI工藝有一個非常薄的深埋氧化層,有助于消除軟錯誤率,這個工藝把這個失效降低100倍!也就是它的可靠性提升了100倍!”他指出,“這對于汽車、工業、通信、數據中心甚至航空應用非常重要尤其是航空、因為它經受的輻射更多其他一些應用如工業,汽車尤其是自動駕駛更需要高可靠性的器件?!?/p> 萊迪思以新架構新工藝FPGA搶占嵌入式視覺和AI應用

他表示FD-SOI對于減少芯片面積也有幫助,結合具體產品他做了對比。

Nexus平臺產品已經面市!

首款基于萊迪思Nexus? FPGA技術平臺的產品——CrossLink-NX?已經面市!此款全新FPGA為開發人員提供了構建通信、計算、工業、汽車和消費電子系統的創新嵌入式視覺和AI解決方案時所需的低功耗、小尺寸、可靠性和高性能特性。

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CrossLink-NX系列FPGA基于Lattice Nexus技術平臺,結合了28 nm FD-SOI制造工藝與Lattice的全新FPGA架構,針對小尺寸、低功耗應用進行了優化。

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CrossLink-NX的主要特性包括:

1、低功耗——CrossLink-NX基于萊迪思Nexus FPGA技術平臺,與同類FPGA相比,功耗降低75%。

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2、可靠性高——CrossLink-NX的軟錯誤率(SER)比同類FPGA低100多倍,對于要求運行時絕對安全可靠的關鍵應用而言,是絕佳的解決方案選項。首款CrossLink-NX器件針對戶外、工業和汽車等應用的運行環境進行了優化。

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3、高性能——CrossLink-NX的下列三個特性使其性能大幅提升。

3.1 支持高速I/O——CrossLink-NX FPGA支持各種高速I/O(包括MIPI、PCIe和DDR3存儲器),非常適合嵌入式視覺應用;

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3.2、瞬時啟動——某些應用不允許系統啟動時間過長,例如工業馬達控制。為了滿足這類應用需求,CrossLink-NX可以在3毫秒內實現超快速的I/O配置,在不到15毫秒內完成全部器件配置

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3.3、高內存與邏輯比——為了在網絡邊緣設備上高效地支持AI推理,CrossLink-NX平均每個邏輯單元有170 bit存儲空間,擁有同類產品中最高的存儲與邏輯比,性能是上一代產品的2倍

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4、小尺寸——首款CrossLink-NX器件的尺寸僅為6 x 6 mm,比同類FPGA小十倍之多,能夠更好地支持客戶減小系統尺寸;

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5、軟件工具和IP——除了全新的Lattice Radiant 2.0設計軟件外,萊迪思還提供了包括MIPI D-PHY、PCIe、SGMII和OpenLDI等接口在內的IP核庫,以及常用的嵌入式視覺應用演示,例如4:1圖像傳感器聚合

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針對嵌入式視覺應用優化

他還將CrossLink-NX?和前不久發布的CrossLinkPlus做了對比。CrossLink有37個I/O、CrossLinkPlus有29個I/O,而CrossLink-NX最多有192個I/O,所以可以接更多的攝象頭或者接更多的屏。

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據他介紹,D-PHY的速度從1.5G提升到2.5G,邏輯門數量從7k提升到40k,CrossLink主要做一些橋接跟協處理,而CrossLink-NX除了橋接之外還可以實現更豐富的處理。如視覺處理、AI推理等等。

實際上,CrossLink-NX瞄準的就是嵌入式視覺,“嵌入式視覺發展趨勢就是要支持多個傳感器或者顯示屏,支持更高分辨率、更快幀率、連接MIPI和現有組件、實現低功耗AI處理等,這就要求嵌入式視覺硬件具有低功耗 、小尺寸 、高性能、可靠性好 和易于使用等特點,而CrossLink-NX的推出滿足了這些要求。

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陳英仁表示在推出CrossLink-NX的同時,萊迪思也推出了FPGA軟件設計工具Lattice Radiant?2.0。除了增加了對新的CrossLink-NX? FPGA系列之類的更高密度器件的支持之外,更新的設計工具還提供了新的功能,加速和簡化了基于萊迪思FPGA的設計開發。

Radiant 2.0中提供的新功能升級包括:

1、片上調試工具,允許用戶實時進行錯誤修復。調試功能使開發人員可以在其代碼中插入虛擬開關或LED來確認功能的可行性。該工具還允許用戶更改硬核IP的設置以測試不同的工作模式。

2、改進的時序分析可提供更準確的走線和布線規劃以及時鐘時序,從而避免設計擁塞和散熱問題。

3、工程變更單(ECO)編輯器使開發人員可以對完成的設計進行增量更改,而無需重新編譯整個FPGA數據庫。

4、同步開關輸出(SSO)計算器分析單個引腳的信號完整性,以確保其性能不會因靠近另一個引腳而受到影響。

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在FPGA領域,開發工具相當重要,當系統開發人員評估選擇硬件平臺時,除了評估硬件性能,他們還會評估用于配置硬件的設計軟件的易用性和支持的功能,因為這些功能可能會對整體系統開發時間和成本產生重大影響。

陳英仁表示?Lattice Radiant 2.0設計軟件為開發人員提供了更符合設計習慣的用戶體驗;該工具將引導他們完成從設計創建到IP導入,從實現到位流生成,再到將位流下載到FPGA的整個設計流程。幾乎沒有使用FPGA經驗的開發人員能夠快速利用Lattice Radiant的自動化功能。對于有經驗的FPGA開發人員,如果需要特定的優化,Lattice Radiant 2.0也可以對FPGA設置進行更精細的控制?!?/p>

他還透露CrossLink-NX目標市場的30多名客戶已經開始試用,首批客戶的系統正在開發中。他還確認CrossLink-NX計劃于2020年上市。

欲了解更多信息,請訪問www.latticesemi.com/zh-CN/CrossLink-NX。

2020年,紫光同創、西安智多晶、安路等本土FPGA公司也將推出基于28nm工藝的新品,各個廠商都在升級工藝 ,誰的性更突出,我們拭目以待!

注:本文為原創文章,轉載請注明作者及來源

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