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萊迪思白皮書(shū) 為了強化Nexus系列產(chǎn)品的領(lǐng)先地位，萊迪思在過(guò)去的18個(gè)月內推出了四款基于Nexus技術(shù)平臺的產(chǎn)品，包括主攻嵌入式視頻應用的CrossLink-NX、經(jīng)過(guò)重新定義的通用FPGA Certus-NX、第二代安全FPGA Mach-NX、高級通用FPGA CertusPro-NX，以及預計將于2022年推出的同樣基于FD-SOI平臺的兩款新品。 
Nexus平臺代表了低功耗FPGA技術(shù)在近十年內最重要的更新。作為Nexus家族的最新成員，CertusPro-NX主要是為了滿(mǎn)足智能系統中的數據協(xié)同處理、5G通信基礎設施中的高帶寬信號橋接、以及ADAS系統中的傳感器接口橋接等創(chuàng )新應用需要而推出的，并在功耗設計、系統帶寬、邊緣處理、可靠性、封裝多樣性等多個(gè)方面得到了進(jìn)一步提升。 之所以選擇這樣的設計思路，是因為從當前的行業(yè)發(fā)展趨勢來(lái)看，網(wǎng)絡(luò )邊緣設備的智能化程度正在大幅提高，它們一方面需要更高的接口帶寬以便于快速傳輸數據，另一方面又需要更多小尺寸的系統集成和便于優(yōu)化散熱管理的低功耗方案。 “新標桿”的成色 與競品相比，CertusPro-NX最大的特點(diǎn)在于它專(zhuān)為網(wǎng)絡(luò )邊緣處理進(jìn)行了優(yōu)化，不僅擁有行業(yè)領(lǐng)先的能耗效率和可靠性，還在超小的封裝尺寸中提供了行業(yè)最佳的系統帶寬，且是同類(lèi)產(chǎn)品中唯一支持LPDDR4外部存儲器的FPGA產(chǎn)品。
通過(guò)利用萊迪思在FPGA架構方面的創(chuàng )新和28nm低功耗FD-SOI制造工藝，CertusPro-NX器件的功耗比同類(lèi)競品FPGA低四倍。通過(guò)改變基底的偏壓，開(kāi)發(fā)人員可以自由選擇采用高性能(HP)還是低功耗(LP)模式運行。
但功耗并非是Nexus平臺的唯一優(yōu)勢。像CertusPro-NX這樣的Nexus系列器件通常在其他方面也優(yōu)于相似的競品，包括數據處理性能、系統帶寬、存儲密度和對器件小尺寸的支持。 CertusPro-NX FPGA支持多達8個(gè)可編程SERDES通道，速度高達10.3Gbps，提供同類(lèi)產(chǎn)品中最高的系統帶寬(是同類(lèi)競品FPGA的兩倍之多)，并支持主流的通信和顯示接口，如10 Gigabit Ethernet、PCI Express、SLVS-EC、CoaXPress和DisplayPort。
同時(shí)，為滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )邊緣AI和機器學(xué)習應用對穩定的數據協(xié)處理的需求，CertusPro-NX FPGA支持多達100K邏輯單元，是目前所有基于Nexus的FPGA中邏輯密度最高的器件，其片上存儲器容量也比同類(lèi)其他FPGA高出約65%，是目前唯一支持LPDDR4 DRAM存儲標準的低功耗FPGA。此外，CertusPro-NX在可編程架構基礎上還增加了超高效的DSP模塊，以及小型和大型內部存儲器模塊，用于支持人工智能和機器學(xué)習應用中的低延遲數據處理。
CertusPro-NX FPGA的設計面積僅為81mm2，比競品器件小6.5倍，例如擁有相同邏輯單元的Xilinx Artix-7 100K LC的尺寸面積為529mm2，是CertusPro-NX的6.5倍；而尺寸面積為121mm2的Intel Cyclone V GT 77K LC，邏輯單元僅有77K。這樣的小尺寸設計對于工業(yè)攝像頭或通信系統中使用SFP模塊的開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，是一個(gè)關(guān)鍵的設計考慮因素。
此外，考慮到汽車(chē)、工業(yè)和通信領(lǐng)域的關(guān)鍵型應用必須有高的可靠性，實(shí)現可預測的性能并確保用戶(hù)安全，萊迪思將CertusPro-NX器件抗軟錯誤能力提高了100倍，并可在-40℃至125℃的結溫范圍內正常工作。這意味著(zhù)，CertusPro-NX FPGA能夠以合理的商業(yè)成本為下一代通信、嵌入式、工業(yè)和汽車(chē)應用帶來(lái)極高的可靠性，幫助系統時(shí)刻保持在線(xiàn)，保障最終用戶(hù)的安全。
全新的FPGA產(chǎn)品包括CPNX-50K和CPNX-100K兩個(gè)型號，分別擁有52K和96K的邏輯單元數量，傳統的EBR(嵌入式memory)和大型RAM分別達到3.7Mb和3.6Mb，18×18 DSP與PLL數量最高可達156個(gè)和4個(gè)，并支持10GE PCS、PCIe Gen 3、SGMII CDR、ADC等硬核模塊。
與此同時(shí)，易于使用的Lattice Radiant設計軟件的最新版本現已推出。除了支持CertusPro-NX FPGA之外，Radiant 3.0在整個(gè)設計流程中優(yōu)化了信號可追溯性，讓開(kāi)發(fā)人員能夠更輕松地在HDL源代碼和RTL視圖以及技術(shù)視圖之間追蹤驗證信號。新版本可以讓用戶(hù)在萊迪思綜合引擎(LSE)和Synplify Pro綜合引擎之間進(jìn)行選擇，提高了設計靈活性。在Radiant 3.0中，時(shí)序分析與其他操作分開(kāi)，因此可以獨立運行時(shí)序分析。設計人員可以在設計中探索不同的“假設”場(chǎng)景，無(wú)需重新運行映射和布局布線(xiàn)，這極大地加快了迭代設計過(guò)程。 開(kāi)辟主流FPGA的新天地 CertusPro-NX FPGA將于2022年第二季度量產(chǎn)發(fā)貨，首發(fā)器件為CPNX-100K，截至目前，客戶(hù)樣片和搶先體驗軟件已經(jīng)發(fā)布。結合萊迪思sensAI、mVision、Automate一系列解決方案，CertusPro-NX將在網(wǎng)絡(luò )邊緣AI、嵌入式視覺(jué)系統及自動(dòng)化工廠(chǎng)建設等方面取得廣泛應用。 機器視覺(jué)和網(wǎng)絡(luò )邊緣AI 除了拓展CertusPro-NX的可編程邏輯架構外，萊迪思還強化了該平臺的AI功能。憑借7.3 Mb的內部存儲器，客戶(hù)可以加載輕量化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )來(lái)識別物體、監聽(tīng)關(guān)鍵詞或檢測異常行為。然而硬件只是設計的一方面。萊迪思sensAI軟件集合能與Caffe、TensorFlow、TensorFlow Lite和Keras等框架配合使用，且擁有萊迪思AI編譯器的支持。這一經(jīng)過(guò)驗證的解決方案集合為眾多萊迪思客戶(hù)提供了功耗和資源效率充分優(yōu)化的人工智能應用。該軟件平臺與公司的多款FPGA兼容(CertusPro-NX的兼容性計劃于今年晚些時(shí)候推出)。 網(wǎng)絡(luò )邊緣的機器視覺(jué)應用不僅要求使用硬件來(lái)實(shí)現神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，還需要傳感器兼容、傳感器聚合和圖像預處理等功能。在這方面，萊迪思通過(guò)可編程I/O和SERDES模塊來(lái)為CertusPro-NX的客戶(hù)提供足夠的靈活性。例如，許多高清圖像傳感器都采用SLVS-EC接口，這是許多網(wǎng)絡(luò )邊緣AI加速器所缺少的；可編程SERDES還支持各種將數據從網(wǎng)絡(luò )邊緣傳輸到系統內部的標準，包括CoaXPress和10G Ethernet。 由于DRAM操作會(huì )增加功耗并降低吞吐量，所以如果所有權重都存儲在芯片上，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )就能以最佳狀態(tài)運行，且能夠最大限度地減少DRAM訪(fǎng)問(wèn)。因此，客戶(hù)希望擁有更大的片上存儲器。萊迪思全新FPGA可以存儲多達100萬(wàn)個(gè)8位權重——幾乎是Cyclone V GT或Artix-7的兩倍。由于芯片內部可以存儲更多的權重，CertusPro-NX可以在不訪(fǎng)問(wèn)DRAM的情況下運行更大的AI模型，從而降低功耗。 如果CertusPro-NX確實(shí)需要訪(fǎng)問(wèn)DRAM時(shí)會(huì )使用可編程I/O模塊，它支持LPDDR4和速度達1066Mbps的DDR3存儲器。坦率地說(shuō)，支持LPDDR4會(huì )增加芯片和系統的功耗，但由于CertusPro-NX有著(zhù)更大的片上存儲器和優(yōu)化的存儲器控制器，它可以通過(guò)使用片上和外部存儲器，減少存儲器訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間來(lái)達到更低的功耗，從而解除了這種擔憂(yōu)。 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 最新一代工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)就是大規模自動(dòng)化，這得益于互連和數據分析方面的進(jìn)步。為實(shí)現自動(dòng)化分揀和包裝等任務(wù)，智能工廠(chǎng)需要數千臺物聯(lián)網(wǎng)設備，它們每天共生成和處理的數據量達TB級。驅動(dòng)這些設備的芯片必須尺寸小、功耗低且可靠性高。為了讓客戶(hù)為工業(yè)4.0做好充分準備，萊迪思在其最新一代FPGA中采用了以上原則。 與基于28nm Bulk CMOS工藝的FPGA競品相比，采用FD-SOI工藝制造的CertusPro-NX漏電流最多可降低75%，而漏電流是產(chǎn)生靜態(tài)功耗和待機功耗的主要原因。以設計需要65K邏輯單元、使用75%DSP和存儲器資源、運行兩個(gè)5Gbps SERDES通道，在85℃結溫和125MHz頻率下運行的方案而言，CertusPro-NX的總功耗(動(dòng)態(tài)+靜態(tài))比Artix-7少75%，比Cyclone V GT少65%。
與英特爾和賽靈思的同類(lèi)FPGA相比，萊迪思FPGA的功耗降低65-75％（數據來(lái)源：萊迪思） 得益于此，CertusPro-NX擁有了更多的低功耗和散熱空間，從而幫助OEM廠(chǎng)商縮減系統尺寸，降低散熱管理成本。例如在工業(yè)馬達在運行期間，熱量會(huì )在馬達中積聚并提高FPGA周?chē)沫h(huán)境溫度。與競品相比，萊迪思的低功耗解決方案能讓FPGA控制更高扭矩的馬達而不會(huì )過(guò)熱。 與Artix-7相比，CertusPro-NX可降低99%的軟錯誤數量，平均故障間隔時(shí)間(MTBF)是Artix-7的110倍，且無(wú)需使用軟錯誤檢測邏輯和糾錯代碼，這些均來(lái)自FD-SOI所擁有的消除單粒子翻轉(SEU)錯誤的額外優(yōu)勢，汽車(chē)、醫療、工業(yè)機器人等行業(yè)將因此獲益良多。
5G應用 在5G應用中，考慮到5G基站空間狹小，數據流動(dòng)量大，功耗比4G基站高70%等因素，基站OEM廠(chǎng)商往往需要FPGA來(lái)協(xié)助增強處理器或ASIC芯片，因為前者具備更高的效率。 CertusPro-NX在擁有SERDES功能的同類(lèi)芯片產(chǎn)品尺寸最小，功耗低于A(yíng)rtix-7和Cyclone V GT，能夠簡(jiǎn)化基站的散熱管理，非常適合小尺寸設計，且數據速率不會(huì )受到限制。如圖所示，CertusPro-NX擁有的75Gbps SERDES帶寬比Artix-7高36%，是Cyclone V GT的2倍以上，對于數據包管理等高帶寬功能，CertusPro-NX可提供更高的吞吐量、面積和效率。
CertusPro-NX的SERDES總帶寬超過(guò)競品2倍之多，在數據密集型操作方面有著(zhù)顯著(zhù)優(yōu)勢。（數據來(lái)源：萊迪思） 結語(yǔ) CertusPro-NX是萊迪思為“主流FPGA”市場(chǎng)注入的新活力。多年來(lái)，這一重要領(lǐng)域投資較少，主要競爭對手在過(guò)去十年中甚至都沒(méi)有發(fā)布任何一款新的低成本架構產(chǎn)品，因此CertusPro-NX有機會(huì )通過(guò)PCIe Gen3和LPDDR4等新技術(shù)來(lái)鞏固其最新產(chǎn)品系列的市場(chǎng)地位，更好地服務(wù)于5G基站、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和機器視覺(jué)等新興市場(chǎng)。 |
