這款FPGA滿(mǎn)足了網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用的所有“剛需”

隨著工業(yè)自動(dòng)化和 5G 等技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)人員開(kāi)始尋求為網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用添加處理和互連功能。為了順應(yīng)這種趨勢(shì)，這些器件需要采用支持 PCIe 和千兆以太網(wǎng)等常見(jiàn)接口的低功耗處理硬件。設(shè)備開(kāi)發(fā)人員還需要易于使用、統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，提供將產(chǎn)品快速推向市場(chǎng)所需的硬件、軟件和 IP。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，萊迪思推出了全新 Lattice Certus-NX 系列 FPGA。

這些意味著萊迪思在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的指導(dǎo)下僅用六個(gè)月就發(fā)布了第二款產(chǎn)品系列，Lattice Nexus 是業(yè)界首個(gè)基于 28 nm FD-SOI 工藝的低功耗 FPGA 技術(shù)平臺(tái)，而 Certus-NX 器件是在該平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的第二款 FPGA 系列產(chǎn)品。

萊迪思現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持總監(jiān)蒲小雙介紹，“該系列器件在通用 FPGA 市場(chǎng)上擁有領(lǐng)先的 IO 密度，每平方毫米的 IO 密度最高可達(dá)同類(lèi) FPGA 競(jìng)品的兩倍。Certus-NX FPGA 擁有卓越的低功耗、小尺寸、高可靠性和瞬時(shí)啟動(dòng)等特性，支持高速 PCI Express（PCIe）和千兆以太網(wǎng)接口，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)同處理、信號(hào)橋接和系統(tǒng)控制?！?/p>

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萊迪思現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持總監(jiān)蒲小雙

密度增大，安全性更高

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，新產(chǎn)品和上一代產(chǎn)品都是在 28nm FD-SOI 工藝平臺(tái)上打造的，都有 DSP 模塊，都分為 17K、40K 兩類(lèi)，兩者到底有哪些區(qū)別？ 蒲小雙解釋?zhuān)皬恼w來(lái)看，兩代產(chǎn)品都基于 28nm FD-SOI 工藝制造，最大的差別是，Certus-NX 沒(méi)有 MIPI hardcore，這是為了增加 I/O 的數(shù)量，達(dá)到 195 個(gè) IO，在小封裝中，每平方毫米增加 I/O 對(duì)細(xì)分市場(chǎng)的客戶(hù)是有益的，這是我們?cè)谕茝V上一代產(chǎn)品時(shí)發(fā)現(xiàn)的；另外一個(gè)區(qū)別是，在安全認(rèn)證方面，為了保護(hù)器件的位流免于未經(jīng)授權(quán)的訪(fǎng)問(wèn) / 更改 / 復(fù)制，Certus-NX FPGA 支持 AES-256 加密和領(lǐng)先的 ECDSA 認(rèn)證，可在設(shè)備的整個(gè)生命周期內(nèi)提供保護(hù)，而第一代產(chǎn)品沒(méi)有 ECSDA 模塊。Certus-NX 系列 FPGA 設(shè)有 17K 和 40K 兩種邏輯單元，都是比較小的 FPGA。一般來(lái)說(shuō)，在邊緣配置高邏輯 FPGA，功耗也會(huì)相應(yīng)增加，因此用戶(hù)在選擇方案時(shí)需要折中，設(shè)計(jì)者要在純 FPGA 方案、MCU+FPGA 方案、DSP+FPGA 方案中篩選，做到性能和功耗的平衡。

由于手機(jī)出貨量很大，現(xiàn)在的大部分傳感器都采用 MIPI 接口，第一代產(chǎn)品具有 MIPI 接口，因此側(cè)重嵌入式視覺(jué)應(yīng)用，如今 MIPI CS 接口變成了很多 AP、DSP、MCU 的標(biāo)準(zhǔn)接口。FPGA 更多是作為協(xié)處理器，需要接口與主處理器連在一起，第二代產(chǎn)品支持高速 PCI Express（PCIe），面向從自動(dòng)化工業(yè)設(shè)備中的數(shù)據(jù)處理到通信基礎(chǔ)設(shè)施中的系統(tǒng)管理等一系列應(yīng)用。

滿(mǎn)足用戶(hù)“小尺寸、低功耗”的剛需

Certus-NX FPGA 的尺寸縮小多達(dá) 3 倍，可以在 36 平米內(nèi)實(shí)現(xiàn)完整的 PCIe 解決方案。即便是使用 Certus-NX FPGA 系列的最小封裝，其每平方毫米 I/O 密度仍是同類(lèi) FPGA 競(jìng)品的兩倍，為橋接應(yīng)用提供更大的設(shè)計(jì)靈活性和強(qiáng)大的支持；IO 連接更可靠，其中 1.5 Gbps 差分 IO，性能超過(guò)競(jìng)品 FPGA 最高可達(dá) 70%。蒲小雙解釋?zhuān)拔覀兊牟罘?I/O 可以運(yùn)行到 1.5Gbps，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的同類(lèi)產(chǎn)品運(yùn)行到 1.25Gbps，因此比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手高 70%?！边€支持 5 Gbps PCIe、1.5 Gbps SGMII 和 1066 Mbps DDR3，開(kāi)發(fā)人員可以在 Certus-NX 開(kāi)發(fā)板上測(cè)試這些 IP 模塊，快速實(shí)現(xiàn)在 Certus-NX FPGA 目標(biāo)應(yīng)用上常用的接口。

另外，功耗降低多達(dá) 4 倍，Certus-NX FPGA 的可編程基體偏壓功能可根據(jù)用戶(hù)的應(yīng)用需求，可選擇高性能或低功耗工作模式。與同類(lèi) FPGA 相比，該系列器件的功耗可降低多達(dá) 4 倍。關(guān)于功耗的降低，蒲小雙解釋?zhuān)爸饕?FD-SOI 帶來(lái)的，F(xiàn)D-SOI 技術(shù)原來(lái)是針對(duì) IoT 推出的，在邊緣應(yīng)用中用戶(hù)希望功耗更低，它的漏電流很小?！?/p>

Certus-NX FPGA 的啟動(dòng)時(shí)間幾乎是瞬時(shí)啟動(dòng)，全新器件還通過(guò) SPI 存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)超快的器件配置，其速度最該可達(dá)同類(lèi) FPGA 競(jìng)品的 12 倍。單個(gè) I/O 配置只需 3 ms，整個(gè)器件啟動(dòng)時(shí)間僅為 8-14 ms（取決于器件大?。?。為什么配置時(shí)間可以大幅度縮減？除了工藝以外，每個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法、加載方法都不一樣，對(duì)于傳統(tǒng) FPGA 來(lái)說(shuō)，一般都是在外面加一個(gè) SPI Flash，傳統(tǒng) FPGA 的快慢往往決定于 SPI 能跑多快。以前 FPGA 最快能運(yùn)行到 50Mbps，現(xiàn)在的新 SPI Flash 可以達(dá)到 130M。而且原來(lái)的 SPI 是單通道運(yùn)行，現(xiàn)在可以是四個(gè)通道，叫 QSPI。如果你能支持 QSPI 那么寬的數(shù)據(jù)，在加載或者相應(yīng)的 FPGA 設(shè)計(jì)時(shí)，就要把數(shù)據(jù)通道打通，讓配置時(shí)間縮短?，F(xiàn)在用戶(hù)對(duì)器件性能要求越來(lái)越高，外面提供 SPI Flash 有好處，在芯片內(nèi)部專(zhuān)門(mén)配置快速設(shè)計(jì)也有優(yōu)勢(shì)。

高可靠性和易用性兼得

對(duì)于安全性要求極高的工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用而言，可靠的性能至關(guān)重要。這些應(yīng)用中的器件必須達(dá)到預(yù)期的性能，以避免對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)造成損害。Certus-NX FPGA 的抗軟錯(cuò)誤率（SER）性能最高為同類(lèi) FPGA 的 100 倍，Certus-NX FPGA 為工業(yè)溫度級(jí)器件，它還支持片上 ECC 和 SEC。

對(duì)于工業(yè)和汽車(chē)的總線(xiàn)支持，蒲小雙表示，常用汽車(chē)總線(xiàn)稱(chēng)之為 CANBus 總線(xiàn)，因?yàn)?CANBus 總線(xiàn)不是特別快，萊迪思提供 IP 支持。另外，高速數(shù)據(jù)傳輸總線(xiàn)分為工業(yè)以太網(wǎng)和 FTPLink3，車(chē)載采用較多。其優(yōu)勢(shì)是單對(duì)線(xiàn)的速率很高，可以達(dá)到 1.4G、2G，主要傳輸視頻圖像，也可以做雙向，但是因?yàn)槭撬接袇f(xié)議，cable 和芯片都很貴。MIPI 是汽車(chē)領(lǐng)域的一個(gè)公開(kāi)組織，MIPI 現(xiàn)在在推 A-PHY 標(biāo)準(zhǔn)，以后 FPGA 和處理器都會(huì)帶有 A-PHY，因?yàn)?A-PHY 基本上可以取代其它的產(chǎn)品。我們的產(chǎn)品可以用于車(chē)載，例如，帶 MIPI CSI 的 AP，基本 1-2 個(gè)可以用到汽車(chē)上。未來(lái)，汽車(chē)上的攝像頭會(huì)越來(lái)越多，包括環(huán)式、前式、后式等，這些 MIPI 都要連接，還要傳輸回來(lái)。我們的產(chǎn)品可以發(fā)揮橋梁作用，還可以提供 ISP 圖像處理的功能。”

另外，Certus-NX FPGA 支持易于使用的 LatticeRadiant 軟件，提供了統(tǒng)一的 FPGA 設(shè)計(jì)環(huán)境，集成了優(yōu)秀的工具和功能，可幫助用戶(hù)快速高效地開(kāi)發(fā)應(yīng)用，用戶(hù)基本上在 10 分鐘內(nèi)的流程里面就可以學(xué)會(huì)整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程，非常易學(xué)。