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富士通Custom SoC为大数据提供高速低功耗设计

2018年02月12日 17:26 次阅读

岁末年初,当我们回顾2014年产业界的发展时,少不了IoT(物联网)和Big Data(大数据)这两个2014年科技界人们谈论最多,捧的最高的科技名词。在IEEE公布的2014 TOP 10热搜排行榜上,他们也榜上有名。不过,拨开他们华丽的外衣,我们看到的是隐于其背后的各种先进的高性能及超低功耗半导体技术令人惊喜的发展。

功耗成为HPC和Networking的关键设计挑战

毫无疑问,IoT促进了低功耗的发展,但是,这只是问题的一个方面。另一方面,无所不在的移动设备产生了巨大的数据洪流,越来越多的远程监控系统以及嵌入式系统也产生了庞大的数据集,一些数据流只是在网络上流过而已。而有些会进行精细的分析,例如,从监控图像流中找出绑架了儿童的汽车牌照,或者每月才出现一次的希格斯玻色子等。大数据迫使我们大幅度提高网络和计算带宽。不过,在为数据中心加速的同时,功耗的问题就摆在眼前。

“大多数人们对于能耗受限的深切认识到来源于移动设备的电源续航能力的限制,这就给我们造成了一种错觉,以为只有移动设备是功耗敏感的应用,其实,在诸如数据中心等的高性能计算(HPC)及网络(Networking)领域,对于功耗的要求更加的苛刻。”富士通半导体市场部经理陈博宇(Alex Chen)先生在一年一度的中国集成电路设计业年会暨中国内地与香港集成电路产业协作发展高峰论坛(简称ICCAD峰会)上表示。

富士通Custom SoC解决大数据背后的高速低功耗设计挑战

图1 富士通半导体市场部经理陈博宇先生在ICCAD上演讲

和手机固定功率的电源不同,数据中心的电源是永远开启的,整个机房的每个芯片无时无刻不在工作,对整个供电系统,包括散热系统的压力巨大。据统计:当服务器小于1万台,全年耗电约0.35亿千瓦时(电是次要因素);当服务器小于10万台,全年耗电约3.5亿千瓦时(电是重要因素);当服务器小于50万台,全年耗电约17.5亿千瓦时(电是主要成本);当服务器小于100万台,全年耗电约35亿千瓦时(电是TOP1成本)。

而和消费类的应用非常不同,在通信领域,对每个板卡的功耗都有要求,只有达到每块板卡的功耗要求,整个系统的功耗才能达标。“在高性能应用领域,亿门级的设计规模使得芯片的复杂度增加,如何在功耗上进行优化,而又能达到性能要求,这是在大规模设计上特别要考虑的。”陈博宇指出。

多种方法应对高性能设计的功耗挑战

现在的高速低功耗设计,最多有超过7亿多门级电路和超过2GHz的工作频率的设计。因此,设计人员需谨慎评估如何在最短的设计周期内,针对整个芯片的低功耗策略做定义及最佳化,并思考如何让封装设计满足超高的功耗。

大规模版图设计能够帮助设计人员应对高速低功耗设计挑战,如下图所示2,富士通半导体的协同设计技术优化了芯片、IP、及从封装到板级设计等所有方面。为使其达到性能最优化,贯穿规划,设计,建模和分析所有过程,富士通半导体使用了可以预估的电源网络构架,并使用了层次化的电源网络分析,这种分析可以优化电源网络设计,并且最小化全芯片的功耗。低噪声的芯片架构设计可以承受超过300瓦的功耗。

富士通Custom SoC解决大数据背后的高速低功耗设计挑战

图2 大规模版图设计能够帮助设计人员应对高速低功耗设计挑战

此外,特别值得一提的是富士通半导体独特的ASV(Adapter Support Voltage)技术。如下图3所示,该技术用以监控制程(process)的快慢。

富士通Custom SoC解决大数据背后的高速低功耗设计挑战

图3 全功耗设计解决方案应对高速低功耗设计挑战

陈博宇进一步解释:“因为晶圆厂的制程存在快(fast)、慢(slow)、标准(typ)的状态,在芯片中放置‘Process Monitor’,使得我们可以读出制程的参数,这样就能知道电源的大小,例如,如果我们读出是偏快的制程,就可以帮助降低电压,因为功率是和电压的平方成正比,所以降低电压就能降低功耗,ASV技术就像一个弹簧一样,把芯片拉向typ。”

再次,高性能封装解决方案在应对功耗挑战上必不可少。富士通半导体在高性能封装市场也处于领先地位,在开发这些高可靠性封装的过程中,富士通半导体进行了严谨的模拟,优化了技术原型。如下图4所示。

富士通Custom SoC解决大数据背后的高速低功耗设计挑战

图4 高性能封装解决方案应对高速低功耗设计挑战

“我们的球形封装技术支持到超过4000个pin脚,并且每一边的封装尺寸可以到达60mm,我们的多层基板封装设计可以支持到32层,对于BGA封装,我们独特的金属TIM实现了超低Theta JC,Theta JC小于0.05度,并通过了最新的热阻测量技术验证。我们正在为中央处理器和服务器,研制新一代2.5和3D封装技术。”陈博宇表示。

极具竞争的高速设计解决方案

随着芯片的处理速度不断提升,工作频率甚至超过2GHz,在高速设计中往往需要整合数亿颗同时运行的晶体管和超高速模拟互联IP,导致物理设计收敛变得更为困难,而芯片上大量的数字电路对超高速模拟IP的干扰现象也日益明显。

一方面,为实现高速设计富士通半导体使用了复杂的时钟分布技术,实现了低时钟偏差,并使用金属层隔离实现了无噪声设计,其先进的层次及缓冲器优化技术能够控制金属层的优化。

另一方面,自1999年富士通半导体研发出了超过1Gbps全球最快的SerDes以来,此后很多年,富士通半导体一直都是高速接口设计的领军者,满足了计算机网络设计,伺服器和消费电子的需求。现在富士通半导体的SerDes支持速率达到了32Gbps,并支持客户专用定制。针对最新32Gbps SerDes的评估板也以投入使用,未来还将支持56Gbps SerDes或更高参数。

如下图5所示,富士通半导体广泛的高速IP产品组合包括非常高速的SerDes,及PCIe和SATA等,这对于用户具有非常独特的价值,也是一般的IC设计服务公司所不具备的能力。“富士通半导体能够提供给客户整套的方案,我们宽泛的高速IP接口是经过验证的,用户采用我们的方案不会有IP验证方面的后顾之忧。”陈博宇表示。

富士通Custom SoC解决大数据背后的高速低功耗设计挑战

图5 高速接口IP积累

50年磨一剑,在Custom SoC(ASICs)积累丰富Know-how

现在,富士通半导体拥有大规模版图经验,高速接口,高性能封装经验和协同设计能力,从设计到交付,始终支持客户的高性能LSI项目。

“从1956年出口了第一批硅晶体管开始,50年来,我们一直致力于对现有产品的不断提升并持续开发新产品。在CustomSoC(ASICs)领域积累了丰富Know-how。并且在HPC和Networking设计中,有很多成功的案例。2009年,我们的Tapeout总数达到10000个,每年的Tapeout数量都增加300多个。”陈博宇指出。

富士通Custom SoC解决大数据背后的高速低功耗设计挑战

图6 2012年,富士通研发出了当时世界上最快的超级计算机

2012年,富士通半导体参与研发出了当时世界上最快的超级计算机“京”,“京”的计算速度为每秒1.051万万亿(1万万亿为1京)次。

据悉,富士通半导体与国内知名的网络芯片提供商在最近的一次高频通讯ASIC芯片的合作开发中,双方共同克服效能、功耗和交期的挑战,且原型芯片的Tapeout比原定计划提前两周,并一次成功。陈博宇进一步表示:“我们现在做的比较多的是在2亿到3亿门规模左右的设计,以28nm为主,预计接下来两年会有若干个16nm/14nm的2亿、3亿门级的设计。”

在现在充满竞争的市场中,面市时间常常决定了一种新产品的成功。借助我们多年的设计实践经验,富士通半导体先进的设计方法有助于保证我们的ASIC产品按计划推出并投入首次应用。凭借庞大的IP产品组合和全球设计团队的支持,富士通半导体将是您最佳的合作伙伴,可以帮助客户快速的将其创新理念转化为收益。

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发表于 2018-03-24 09:14 405次阅读
AI成最吸引人的创业领域 其次是医疗和大数据

信息物理系统共性技术测试床案例分析

打造信息物理系统关键技术创新与解决方案孵化的开放创新平台,为工业企业开展信息物理系统共性关键技术和新...

发表于 2018-03-23 13:54 560次阅读
信息物理系统共性技术测试床案例分析

中国治安扬名海外 多项技术迎战科技革命

国家长治久安、人民安居乐业,离不开共建共治共享的社会治理。党的十九大报告指出,要提高社会治理社会化、...

发表于 2018-03-22 15:37 73次阅读
中国治安扬名海外 多项技术迎战科技革命

工业大数据一般如何进行处理呢?

工业大数据在业务逻辑大的分层上和互联网大数据类似,一般都分为三部分,数据采集层、数据处理层和数据展现...

发表于 2018-03-22 14:55 465次阅读
工业大数据一般如何进行处理呢?

云计算、大数据和人工智能理解这三者之间的相互关系

对于一台电脑是这个样子的,对于一个数据中心也是同样的。想象你有一个非常非常大的机房,里面堆了很多的服...

发表于 2018-03-22 14:51 570次阅读
云计算、大数据和人工智能理解这三者之间的相互关系

大数据新趋势:追踪“数字足迹”

流程挖掘是大数据分析的新领域,正帮助全球一些最大公司实现任务自动化。专家称,这种方法可能夺走咨询顾问...

发表于 2018-03-22 11:02 511次阅读
大数据新趋势:追踪“数字足迹”

Xilinx推出基于Arm架构的新型自适应AI产...

ACAP 的核心是新一代的 FPGA 架构,基于Arm架构,结合了分布式存储器与硬件可编程的 DSP...

发表于 2018-03-22 10:43 481次阅读
Xilinx推出基于Arm架构的新型自适应AI产...

从FPGA到ACAP 迎接数据中心的挑战

Victor Peng于2008年加入赛灵思,曾任赛灵思产品执行副总裁兼总经理,主要负责公司各种系列...

发表于 2018-03-22 09:17 1254次阅读
从FPGA到ACAP 迎接数据中心的挑战

互联网数据中心(IDC):大数据时代IT基础设施...

北上广等核心节点城市由于土地和电力资源有限,未来存在稀缺性价值,具备较高的议价能力;随着云计算等技术...

发表于 2018-03-21 16:48 2528次阅读
互联网数据中心(IDC):大数据时代IT基础设施...

人工智能的算法黑箱与大数据的正义

人工智能的算法依赖于大数据,而大数据并非中立。它们从真实社会中抽取,必然带有社会固有的不平等、排斥性...

发表于 2018-03-20 14:53 991次阅读
人工智能的算法黑箱与大数据的正义

什么是“城市大脑”,城市大脑对整座城市的作用

城市大脑,能将散布在城市各个角落的数据连接起来,通过对大量数据的分析和整合,对城市进行全域的即时分析...

发表于 2018-03-20 13:41 674次阅读
什么是“城市大脑”,城市大脑对整座城市的作用

百度AI技术维护网络安全_你如何看待

面对日趋严重的网络安全威胁,百度将大数据、人工智能等核心技术展开多维度的赋能:利用多项AI技术,如自...

发表于 2018-03-20 10:37 90次阅读
百度AI技术维护网络安全_你如何看待

当云计算、大数据、人工智能整合起来,完成了相遇、...

举个例子来理解:比如有个人需要一台很小的电脑,只有一个CPU、1G内存、10G的硬盘、一兆的带宽,你...

发表于 2018-03-20 10:00 475次阅读
当云计算、大数据、人工智能整合起来,完成了相遇、...

半导体产业是核心竞争力 要知行合一

最近高通和博通的大戏落幕,并吸引了无数围观之众。然而就在我们围观过程中,美国总统却亲自出来否决了交易...

发表于 2018-03-20 09:14 6871次阅读
半导体产业是核心竞争力 要知行合一

大数据技术发展方面有很强的基础和优势以及潜力

首先在技术方面,大数据本身涉及的数据采集、数据传输、数据挖掘等技术环节还存在差距。比如我国自己生产的...

发表于 2018-03-19 11:42 554次阅读
大数据技术发展方面有很强的基础和优势以及潜力

“大数据产业从哪里开始?”10个大数据预测可以回...

城市的发展主线贯穿历史,这不仅关乎城市历史,也关乎科技自身的历史。在20世纪60年代,正如Huber...

发表于 2018-03-19 11:37 555次阅读
“大数据产业从哪里开始?”10个大数据预测可以回...

2014到2018是大数据的大发展最迅猛的几年

深入开展“互联网+”行动,实行包容审慎监管,推动大数据、云计算、物联网广泛应用,新兴产业蓬勃发展,传...

发表于 2018-03-19 09:59 786次阅读
2014到2018是大数据的大发展最迅猛的几年

使用MaxCompute阿里大数据计算方法详解

基于MaxCompute搭建社交好友推荐系统,使用MaxCompute阿里的大数据计算的方法可以做哪...

发表于 2018-03-19 09:53 1239次阅读
使用MaxCompute阿里大数据计算方法详解

互联网下半,人工智能、大数据将会是重点

在行业变迁中:在中国,创新、创业的机会究竟在哪里?该怎么驾驭这样的机会?现在业内很多人强调产品思维,...

发表于 2018-03-19 08:50 466次阅读
互联网下半,人工智能、大数据将会是重点

动力电池SOC估算复杂方法综述

该领域研究初期,比较常用的方法有开路电压法、安时积分法、放电实验法等,但是这些方法难以运用到实际在线...

发表于 2018-03-18 10:13 801次阅读
动力电池SOC估算复杂方法综述

2018年将是人工智能应用大规模落地开花的一年

日前,体育大数据服务及应用企业魔方元科技在北京举办了“机器人陪你看世界杯”为主题的产品沟通分享会,首...

发表于 2018-03-17 11:47 1298次阅读
2018年将是人工智能应用大规模落地开花的一年

可靠性系统工程与大数据详解

在可靠性领域的几个关键概念内涵,最为重要的概念就是浴盆曲线,任何一本可靠性教科书都会出现这个曲线,纵...

发表于 2018-03-16 14:50 726次阅读
可靠性系统工程与大数据详解

智能时代来临,计算力和大数据已成核心驱动

现在AI都应用于一些专业场景,必须把这个场景划的足够窄、足够清晰,然后通过深度学习把特征、数据了解后...

发表于 2018-03-16 13:43 908次阅读
智能时代来临,计算力和大数据已成核心驱动

互联网+”成为中国经济转型升级的新引擎

推动“互联网+”经济发展的重要力量是技术创新,尤其是移动互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能等快...

发表于 2018-03-16 11:06 1014次阅读
互联网+”成为中国经济转型升级的新引擎

AI与大数据催化中国半导体需求,中国晶圆厂加快量...

但是中国晶圆厂要迈入10纳米以下先进工艺比拼的不仅是技术还有严谨的管理,晶圆厂要迈入这个阶段仍须“ ...

发表于 2018-03-16 08:55 4232次阅读
AI与大数据催化中国半导体需求,中国晶圆厂加快量...

人工智能、大数据、云端计算的核心是集成电路芯片

人工智能、大数据、云端计算等新兴市场应用背后的核心是集成电路芯片,而促进芯片高速发展的驱动力,不仅有...

发表于 2018-03-16 08:50 878次阅读
人工智能、大数据、云端计算的核心是集成电路芯片

金融人工智能侵入及占领华尔街的分析

人工智能 的发展出现了一些“AI威胁论”观点,有些人大胆预测“人工智能将侵入及占领华尔街”,认为在未...

发表于 2018-03-16 01:38 230次阅读
金融人工智能侵入及占领华尔街的分析

物联网、大数据人工智能发展的先决条件

物联网——物联网提供了计算机感知和控制物理世界的接口和手段,它们负责采集数据、记忆、分析、传送数据、...

发表于 2018-03-15 14:31 909次阅读
物联网、大数据人工智能发展的先决条件

罗氏收购医疗大数据独角兽,这又是哪儿跟哪儿?

当国人在欢庆2018年农历春节时,国际制药巨头罗氏对外宣布,以19亿美元收购美国癌症数据公司 Fla...

发表于 2018-03-15 12:42 154次阅读
罗氏收购医疗大数据独角兽,这又是哪儿跟哪儿?

ALTERA soc hps 引脚配置问题

发表于 2018-03-14 12:02 201次阅读
ALTERA soc hps 引脚配置问题

精打细算使用MaxCompute搭建数仓

发表于 2018-03-13 18:30 160次阅读
精打细算使用MaxCompute搭建数仓

常见大数据应用有哪些?

发表于 2018-03-13 16:50 260次阅读
常见大数据应用有哪些?

Kubernetes的Device Plugin设计解读

发表于 2018-03-12 16:23 336次阅读
Kubernetes的Device Plugin设计解读

MaxCompute常用语句汇总(更新ing)

发表于 2018-02-02 15:57 177次阅读
MaxCompute常用语句汇总(更新ing)