解密业界首款16nm产品核心技术

引言
以赛灵思 20nm UltraScale 系列的成功为基础,赛灵思现又推出了全新的 16nm UltraScale+ 系列 FPGA、3D IC 和 MPSoC,凭借新型存储器、3D-on-3D 和多处理SoC(MPSoC)技术,再次领先一代提供了遥遥领先的价值优势。此外,为了实现更高的性能和集成度,UltraScale+ 系列还采用了全新的互联优化技术——SmartConnect。这些新的器件进一步扩展了赛灵思的 UltraScale 产品系列(现在从 20nm 跨越至 16nm FPGA、SoC 和 3D IC 器件),同时利用台积公司的 16FF+ FinFET 3D 晶体管技术大幅提升了性能功耗比。 因为该系列是基于业经验证的 20nm UltraScale 架构、Vivado 设计工具以及全球第一大服务代工厂台积公司的 16nmFF+ 技术而打造的,所以赛灵思为行业所提供的是具有最低风险和最大价值的 FinFET 可编程技术。

通过系统级的优化,UltraScale+ 所提供的价值远远超过了传统工艺节点移植所带来的价值,系统级性能功耗比相比28nm 器件提升了2 至5 倍,还实现了遥遥领先的系统集成度和智能化,以及最高级别的保密性和安全性。

新扩展的赛灵思UltraScale+ FPGA 产品组合包含赛灵思市场领先的Kintex UltraScale+ FPGA、Virtex UltraScale+ FPGA 以及3D IC 系列,而Zynq UltraScale+ 系列则包含业界首款全可编程MPSoC。凭借该产品组合,赛灵思能满足各种下一代应用需求,包括LTE Advanced 与早期5G无线、Tb 级有线通信、汽车驾驶员辅助系统以及工业物联网(IoT)应用等。

UltraScale+ FPGA 和3D IC
赛灵思选用了业界性能最高的 16nm FinFET+ 技术,并与全球首屈一指的服务代工厂台积公司(TSMC)携手合作,台积公司预计2015 年有50 项16nmFF+ 客户芯片将完成流片。采用FinFET,单就平面提升而言,UltraScale+ FPGA 系统的系统级性能功耗比就能提高2倍。

UltraScale+ 产品可解决高强度处理任务中最大的瓶颈问题:存储器接口问题。这些新型存储器增强型可编程器件包涵UltraRAM,容量高达432Mb。UltraRAM 可提供最佳系统功耗、灵活性和可预见的性能,同时能取代外部存储器,从而降低系统材料清单(BOM)总成本。采用UltraRAM,不仅能让典型设计的系统级性能功耗比提升至少25%,而且还能大幅提升存储器密集型设计的性能、显著降低功耗及材料清单(BOM)成本。

赛灵思专门针对FPGA 开发了一项基于工具的互联优化技术SmartConnect。这项技术能够根据特定设计的吞吐量、时延和面积要求自动优化互联,同时提供最佳性能功耗比,从而解决系统级IP互联瓶颈。SmartConnect 还能智能连接不同接口类型,根据特定应用要求匹配合适的互联方案。仅凭这项技术就能提升系统级性能功耗比和缩减面积20% 到30%。

高端UltraScale+ 系列集合了3D 晶体管和赛灵思第三代3D IC 的组合功耗优势。正如FinFET 相比平面晶体管实现性能功耗比非线性提升一样,3D IC 相比单芯片器件也能实现系统集成度和带宽功耗比的非线性提升。

Zynq UltraScale+ MPSoC
赛灵思正在推出异构MPSoC 领域又一项业界首创技术,那就是全可编程UltraScale MPSoC 架构。UltraScale MPSoC 架构通过虚拟化支持可提供32 位到64 位的处理器可扩展性;软和硬引擎的结合可实现实时控制、图形/ 视频处理,把波形和包处理与新一代互联和存储器、高级电源管理及其他技术增强功能相结合,能实现多种不同级别的保密性、安全性和可靠性。这些新架构元素结合Vivado ® 设计套件和抽象设计环境,不仅能显著简化编程工作,而且还可大幅提高生产力。

全新的Zynq UltraScale+ MPSoC 通过部署上述所有UltraScale+ FPGA 技术,不仅能实现前所未有的异构多处理,而且还能够实现“为合适任务提供合适引擎”。这些新器件相对于此前解决方案可将系统级性能功耗比提升约5 倍。位于处理子系统中心的是64 位四核ARM Cortex-A53处理器,能实现硬件虚拟化和非对称处理,并全面支持ARM TrustZone。

处理子系统还包括支持确定性操作(deterministic operation)的双核ARM Cortex-R5 实时处理器,从而可确保实时响应、高吞吐量和低时延,实现最高级别的安全性和可靠性。单独的安全单元可实现军事级的安全解决方案,诸如安全启动、密钥与库管理和防破坏功能等,这都是设备间通信以及工业物联网应用的标准需求。

为实现全面的图形加速和视频压缩/ 解压缩功能,这一新的器件集成了ARM Mali TM-400MP 专用图形处理器和H.265 视频编解码器单元,同时还支持Displayport、MIPI D-PHY 和HDMI。最后,该新器件还添加专用平台和电源管理单元(PMU),其可支持系统监控、系统管理以及每个处理引擎的动态电源门控。

结论
最新16nm UltraScale+ 系列FPGA、3D IC 和MPSoC 凭借新型存储器、3D-on-3D 和多处理SoC(MPSoC)技术,再次实现了领先一代的价值优势。因为该系列是基于业经验证的 20nm UltraScale 架构、Vivado® 设计工具以及全球第一大服务代工厂台积公司的 16nmFF+ 技术而打造的,所以赛灵思为行业所提供的是具有最低风险和最大价值的 FinFET 可编程技术。

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