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针对不同的应用和设计需求,FPGA器件的发展策略和方案

2020年07月17日 17:33 次阅读

全球市场回暖,中国市场的持续向好,在ASIC和ASSP市场中不断攻城掠地等等因素都在推动FPGA市场的增长。以通信市场为例,基于可编程器件的高度灵活性,过去几年,FPGA在GSM设备到LTE设备中的用量增长了3.1倍;就FPGA对ASIC和ASSP市场的渗透规模而言,在2007年之前,可编程器件相对于ASIC市场的增长而言非常缓慢,但2007年之后情况发生了改变。截止到去年年底,ASIC和ASSP的市场总量高达800亿美元,但增长率已经放缓,原因在于开发成本上升太快。在90nm的节点,ASIC的掩膜成本约为100万美金,到65nm节点,这一成本上升为200万美金。以单价10-50美元的28nm器件价格为例,要支付包括掩膜、工程设计以及公司运营在内的成本,必须销售出500~2700万颗芯片,很少有应用能支持到这一用量。反观FPGA,其在成本上的优势自90nm工艺节点之后开始体现。在130nm节点之前,FPGA的工艺进程升级一直晚于ASIC,但到了40nm,全球首个利用代工厂推出产品的是Altera的FPGA,目前Xilinx和Altera都有推出28nm的FPGA样片,这一进程超过了ASIC。

综上所述,随着系统设备功能要求的不断增加,系统级芯片的设计愈趋复杂,并且在设计周期、灵活度和NRE成本等方面都面临着更大的挑战。这一趋势使得FPGA器件在电路设计、产品设计和系统设计中的应用正在加快。由于具备接口、控制、功能IP、内嵌CPU等资源,FPGA可以很容易地实现构造简单,固化程度高并且功能全面的系统产品设计,系统级设计和产品已是FPGA最大的市场。

针对不同的应用和设计需求,FPGA器件的发展策略和方案

不过,针对不同的应用和设计需求,FPGA器件的发展也各有不同。一方面,在高端器件上是跟随摩尔定律,通过制造工艺的升级增加逻辑单元的规模,并在提高性能的同时降低功耗的压力;另一方面则是低成本、低功率和性能的中、低端FPGA和CPLD,如密度范围在10K至250K LUT的器件等,下文将尝试就目前最具代表性的四家FPGA公司(Xilinx、Altera、LatticeMicrosemi)的发展策略、产品进程和新方案做一个归纳。

Xilinx

发展策略:目标设计平台+高性能技术

目前,Xilinx将其技术发展方向锁定在目标设计平台、28Gbps 串行收发器技术、堆叠硅片互联技术、可扩展式处理平台和7系列FPGA。毫无疑问,目标设计平台是Xilinx在发展策略上的一个重大决策,也是其在FPGA设计方法学上的一次突破。Xilinx目标设计平台包括全面集成且经成功测试的软硬件、IP以及应用框架,还包括适用的设计环境。其平台组件包括:目标参考设计(连接功能套件DSP套件和嵌入式套件)、IP核与外设(IP核、连接功能、DSP、嵌入式处理和Xilinx的AXI4)、设计工具(ISE设计指南,包括逻辑、嵌入式系统和DSP)和开发板与套件。就具体目标开发而言,包括针对逻辑设计的通用FPGA开发平台,针对特定技术领域(连接功能、DSP和嵌入式设计)的平台技术,满足行业应用需求的平台(航空航天和军工、汽车、广播、工业、科学和医疗、无线通信和有线通信)。

28nm工艺上的7系列代表了Xilinx目前最新的产品和技术,7系列是迄今为止Xilinx同一时间最快推出的产品,包括Artix-7、Kintex-7、Virtex-7和可扩展处理器平台Zynq,采用了TSMC特别为其开发的28nm HPL(高性能低功耗)工艺。Kintex-7拥有1920个DSP、32个12.5Gbps收发器和500个I/O口。Virtex-7则拥有5280个DSP,最多96个收发器(包括12.5Gbps、13.1Gbps和28.05Gbps三种速率),而ArTIx-7则拥有16个收发器,内置敏捷混合信号(AMS)的片上监控,12位1Msps ADCs、16个独立的输入和片上电压/热传感器,其总功耗小于1W。目前Kintex-7 325T已经开始提供样片给客户,首款Kintex-7开发板也已面市,AXI4 IP和目标参考设计已经开发完毕并投入运行,并且ISE 13.1 设计套件已经针对 7 系列设计开放。Kintex-7最快将在2012年第一季度转入量产。

Xilinx可扩展式处理平台是基于ARM Cortex-A9 MPCore 处理器的单芯片解决方案,目前推出的是Zynq-7000系列。Cortex-A9 MPCore由2个CPU组成,带有专门的NEON协处理器(媒体和信号处理架构,增加了面向音频、视频、3D 图形、影像和语言处理的指令)和双精度浮点单元,再结合低功耗 28nm工艺技术,以实现高度的灵活性、强大的配置功能和高性能。Zynq-7000可扩展处理平台的特点,一是,软硬件可编程; 二是,处理系统随时可编程;三是,可扩展的密度与性能大大提高(采用尖端的7系列FPGA构建、集成了双12位模数转换器,速率高达1Msps和超过3000个内部互联,带宽高达100Gb。能提供多达760个DSP引擎,性能超过910GMAC,可实现大规模并行处理);四是,灵活性超过任何标准处理解决方案(54个处理器I/O、50个多标准和高性能I/O、多达12个高性能集成串行收发器和灵活的存储器接口)。

Zynq-7000的产品系列包括Zynq-7010、Zynq-7020、Zynq-7030和Zynq-7040,Zynq-7030和Zynq-7040是两个较大的器件,均具备高速低功耗的串行连接功能,其内置的千兆位级收发器运行速度高达10.3125 Gbps。这两款产品分别提供约190万和350万个ASIC门(即125,000和235,000个逻辑单元),DSP峰值性能分别达480 GMAC 和 912 GMAC,一般是针对高端领域里的应用。Zynq-7010 和 Zynq-7020 这两款较小的器件分别提供约 43 万和 130 万个 ASIC 门(即 30,000和85,000 个逻辑单元),DSP 峰值性能分别为 58 GMAC 和 158 GMAC,多应用于一些低端市场。该器件预计在年底推出样片,据称批量起价低于15美元,其将在性能、功耗和单位成本上超过ARM处理器+FPGA的双芯片方案。

在收发器技术上,Xilinx在其最高端的Virtex-7 HT FPGA中集成了16个高性能28Gbps收发器,具有很好的抖动、抗噪声干扰与串扰性能,可与新一代CFP2光学模块接口相连,可实现业界最高带宽,可为100G-400G线路卡乃至更先进的新一代通信系统提供最大的单FPGA解决方案。

Xilinx的堆叠硅片互联技术(SSIT)基于7系列FPGA中逻辑架构、Block RAM时钟技术、DSP切片和Select I/O已经完全相同的基础,由TSMC开发。利用该技术,单个FPGA可以包含200万个逻辑单元,与40nm FPGA相比,功耗可降低50%。在堆叠硅片互联结构中,数据在一系列相邻的FPGA芯片上通过1万多个过孔走线。相对于必须使用标准I/O连接在电路板上集成两个FPGA而言,堆叠硅片互联技术将单位功耗芯片间连接带宽提升了100倍,时延减至五分之一,而且不会占用任何高速串行或并行I/O资源。在堆叠硅片互联技术中,无源硅中介层由TSMC提供,它有四层导线层,是堆叠互联的关键。由于中介层无源,因此不存在散热问题,它使得建立在该技术上的超大规模FPGA相当于单芯片。

方案推荐:广播视频引擎设计平台和SMPTE2022 IP核心

该平台用以加速高质量视频处理硬件的开发,并通过互联网协议以高达10 Gbps的速率交付这些视频。以Virtex-6或Spartan-6 FPGA广播连接套件为基础,可先通过该套件的连接性将视频带入FPGA,然后创建视频管线算法,Xilinx的最新广播产品能持续提高视频质量,同时满足在 IP 网络中输送未经压缩的 HD、3D 和 4K 视频流的要求。

该平台由一个广播级质量的视频和影像处理IP包、支持Virtex-6 FPGA的参考设计和Spartan-6 FPGA广播连接套件组成,后者包括Xilinx ISE设计套件嵌入式开发软件。IP 核、工具和硬件组合让设计人员能更加轻松地为支持各种 SD/HD/3D 格式、帧率和解析度的多种广播应用类型开发实时视频处理链。此套件的FMC(FPGA 中间卡)连接器支持设计者面向IP视频以及其他需要实时性能的广播设计(包括突发新闻、现场直播活动和体育报道)接口而快速评估,并集成 了SD/HD/3G-SDI、AES3 音频、DVI、HDMI、DisplayPort、10GbE(10 Gb 以太网)。此外,该套件也可用来创建数字影院和超高画质(或超级 HDTV)系统中需要最高视频质量和最高带宽的应用。

视频引擎目标设计平台的关键特性包括:视频和图像处理IP包,支持 1080p60、2K 和 4K 视频处理,提供广播级质量的缩放、去隔行、屏幕显示、降噪等功能;SMPTE2022 IP核的实施,在 Virtex-6 FPGA 广播连接套件上通过 10Gb 以太网以全双工方式显示全带宽、低抖动 3x 3G-SDI(或 6x HD-SDI)。此系统可在任何距离通过单一链接交付多达 6 个未压缩的 HD 电影源;来自Tokyo Electron Devices 的 Inrevium Spartan-6 FPGA 广播连接套件,支持全新面向 SD/HD/3G-SDI和 AES3 音频的低成本 FMC以及面向各种显示接口的可选 FMC,如HDMI、Disp layPort和V-by-One HS ;Virtex-7 HT FPGA 28 Gbps 下一代收发器出色的抖动性能,支持用于通信和广播回程链接的超高聚合带宽,例如有线中的 EdgeQAM / CMTS 应用,同时也非常适合 10G-SDI 标准和新兴标准,以处理 4Kx2K 数字影院和超高画质 8Kx4K 带宽;Xilinx联盟成员 Vanguard Software SoluTIons H.264/AVC-I 视频编码器可在不牺牲视频质量的情况下降低带宽和存储要求。借助 High10 和 High422 帧内编码特性,设计人员可以迅速和便捷地将 AllianceCORE IP 核集成到贡献、采集和存档系统中,支持 SMPTE AVC-I Class50 & Class100;Kintex-7是行业第一款 28nm FPGA 产品,非常适合广播应用,其提供的收发器能支持高达12.5 Gbps 带宽,提供2倍的性能,而功耗只有上一代 FPGA 的 50%。

Altera

发展策略:嵌入式计划+高性能技术

Altera去年开始启动嵌入式计划,基于这一计划,Altera锁定了四类目标市场:一是通信远端(RU)设备中把基于ARM的处理器和FPGA整合为单芯片的市场;二是工控处理器市场,这些处理器原先采用Intel或Power PC内核,性能在1500DMIPS左右;三是北美和欧洲军用市场,这一市场类似通信处理,主要负责一些数据包的处理;四是广播信号控制和处理。

Altera嵌入式计划包括新的系统级集成工具、嵌入式系统配置功能和统一的FPGA设计流程。推动Altera进行嵌入式计划的原因在于,CPU的功耗瓶颈越来越突出,多内核+硬件加速的模式成为系统设计的主流,嵌入式系统越来越多需要使用FPGA,而支持FPGA的嵌入式选择也越来越多,面对这些趋势,设计的需求在于为CPU和可配置加速器提供更多的组合,降低BOM成本以及能够为基于FPGA的CPU提供更多的OS,另外一个十分重要的支持在于能够为各种各样的选择提供统一的FPGA设计流程。

Altera认为未来填补工艺效率的功耗瓶颈的方法正是体系结构的创新,嵌入式计划提供了基于Quartus II开发软件的单一FPGA设计流程——包括新的Qsys系统级集成工具、公用FPGA知识产权(IP)库,以及新的ARM Cortex-A9 MPCore和MIPS技术公司MIPS32嵌入式处理器产品等。Qsys系统级集成工具可以使嵌入式设计人员面向Altera Nios II、基于ARM和MIPS的嵌入式处理器以及可配置Intel Atom处理器开始设计。Qsys利用了业界首创的FPGA优化芯片网络技术来支持多种业界标准IP协议,提高了结果质量,具有很高的效能。Qsys采用SOPC Builder界面,支持与现有嵌入式系统移植的后向兼容。而且,这一高级互联技术将支持分层设计、渐进式编译以及部分重新配置方法。Qsys是Altera SOPC Builder工具的后续产品,引入了FPGA优化芯片网络技术,与SOPC Builder相比,存储器映射和数据通路互联性能提高至两倍,SOPC Builder适合单层次设计,而Qsys提高了系统级设计效能,适合多层次设计,并且,Qsys支持业界标准IP接口,如AMBA,使之可以支持设计重用。

作为嵌入式计划的一部分,Altera正在拓展其嵌入式合作伙伴计划,联合ARM、Intel和MIPS技术公司以及FPGA业界的多个合作伙伴,与他们协作,增强设计流程,支持越来越多的FPGA嵌入式处理产品走向市场。例如Intel的基于Atom的可配置新处理器就在多芯片封装中采用了Intel Atom E600系列以及配对的Altera FPGA。对于希望采用专用I/O或者加速硬件的用户而言,新架构提高了他们的灵活性。Altera也与ARM签署了协议,授权包括Cortex-A9微处理器在内的多种技术。Altera在其28nm FPGA技术中提供集成了增强Cortex-A9处理器子系统的产品。此外,Altera还进一步扩展了软核处理器,将推出基于MIPS32处理器体系结构的MP32软核处理器。MP32是Altera、MIPS技术公司以及主要用户过去几年密切协作的结果。它针对Altera器件完善了Altera Nios II嵌入式处理器以及合作伙伴软核CPU系列产品,极大地丰富了FPGA可以使用的操作系统和应用程序。

Altera在摩尔定律的产品规划上并非一条路向前走。在28nm工艺之前,Altera一直是在高端和中低端器件两个方向独立发展,并非所谓“瀑布型”自高而低的产品开发模式,在65nm节点时,Cyclone III要早于 StraTIx III推出,直到28nm节点,Altera才先推出了高密度产品。在功耗控制技术方面,Altera采用了组合方式,如StraTIx III中采用了可编程功耗控制技术,降低工作电压VCC,在工艺上采用HK金属栅极技术来解决MOS管漏电问题,并且在掩膜光刻技术上采取措施来降低芯片功耗;在收发器方面(45nm时,一个收发器通道功耗约150μW),Altera最新的28nm器件中收发器功耗为80μW。此外,Altera还通过针对应用将FPGA部分硬化,增加DSP功能,以及提高I/O和存储器速度等措施来降低FPGA整体功耗。

方案推荐:28nm FPGA系列

在28nm制程上,Altera最新发布的是Cyclone V和Arria V FPGA系列产品、新扩展功能的是Stratix V FPGA以及此前发布的HardCopy V ASIC系列产品。为了满足从最大带宽到最低功耗等多种应用对性能、特性和功耗的特殊需求,在28nm系列产品中,Altera发挥了收发器技术、产品体系结构、知识产权(IP)集成和工艺技术优势,定制单元、突出多样化,提供了最佳解决方案。

新产品导入了一系列新的技术:一是收发器。Altera的28nm器件支持速率从600 Mbps到28 Gbps的收发器,在整个系列产品中,Altera的28nm收发器技术基于模块化体系结构;二是产品体系结构。在性能和效率上进行了优化的片内存储器;硬核和软核存储器控制器,支持所需的应用带宽功耗和成本需求;在性能上进行了优化的高端、中端,适合于各种应用和I/O;三是IP集成。为满足重点应用的成本、功耗和性能需求,Altera增强了多种系统级IP,例如,PCI Express(PCIe) Gen2 x1和x4、PCIe Gen3 x8、Interlaken、40G/100G和100 Gigabit以太网(100GbE);四是工艺技术。为能够有效的服务于多种应用,Altera在高端产品系列(Stratix V FPGA)和HardCopy V ASIC上采用了TSMC 28nm高性能(28HP)工艺技术,在低成本(Cyclone V FPGA)和中端(Arria V FPGA)系列产品上采用了TSMC的28nm低功耗(28LP)工艺技术。Altera还利用28LP工艺,在成本、性能和低功耗上达到最佳平衡。在高端采用28HP工艺技术对于实现高端应用需要的内核和收发器性能非常关键。

对于电机控制、显示和软件无线电等对低功耗和电路板空间要求较高的应用,Altera的Cyclone V FPGA系列是理想选择。相对于前一代器件,Cyclone V系列总功耗降低了40%,提供工作速率高达5 Gbps的12个收发器,增强PCIe Gen2 x1模块,以及支持LPDDR2、移动DDR和DDR3外部存储器的硬核存储器控制器。

针对需要在成本、低功耗和高性能上达到平衡的应用,例如,远程射频单元、演播合成器和10G/40G线路卡,Altera推出其Arria V FPGA系列。Arria V FPGA系列器件含有工作速率高达10 Gbps的收发器,支持DDR3外部存储器的硬核存储器控制器,以及含有精度可变DSP模块的高效脉动有限冲击响应(FIR)滤波器,相对于前几代器件,总功耗降低了40%。

Stratix V FPGA系列满足了多种宽带应用需求,例如,高级LTE基站、高端RF卡和军用雷达等。Altera进一步扩展了Stratix V系列的功能,以支持不断增长的市场需求。Stratix V GX FPGA的收发器最大数据速率由原12.5 Gbps增加到了14.1 Gbps,以支持新出现的高速协议,包括FiberChannel 1600等。而且,Stratix V GX FPGA在单芯片中密度也由原700K提高到了1.1M(110万)逻辑单元(LE),进一步帮助用户提高了集成度。

与以前的HardCopy ASIC器件相比,HardCopy V ASIC提高了收发器、I/O和内核逻辑的性能;逻辑和存储器集成度也进一步得到了提高。通过这些新功能,HardCopy V ASIC现在支持需要低功耗、低成本、产品要求提高抗单事件干扰(SEU)能力的多种应用。

Lattice

发展策略:低功耗+低成本

在可编程逻辑器件公司中,Lattice一直坚持在低密度和中密度器件市场淘金,他们不追求器件的规模和超高性能,这一定位决定了其产品技术有着很强的针对性,同时又不至于使自己被资金链牵着走,毕竟摩尔定律路线或者超越摩尔定律都要依靠巨大的资金投入才能实现。过去10年,全球近十亿台设备采用了Lattice的可编程器件,应用领域涵盖通信、计算、消费和工业市场。在中国 ,截止到2010年的过去4年他们一直保持高于35%的年增长率,其产品针对的目标市场包括无线、宽带接入和交换、视频显示、安防和工控。Lattice对中国市场的投入很大,其上海的全球设计研发中心,从硬件开发到IP和软件设计都有涉及,整个设计量占全球45%。

Lattice的中密度器件强调的是功耗、性能和成本三者的平衡,在无线接口和安防等应用较多;低密度器件则强调低成本和易用性,主要应用于手持设备、LCD显示、工控和逻辑粘合等领域。Lattice将注意力放在中密度和低密度器件以及混合信号产品上,并提供配套的IP、开发工具和开发板。

在摩尔定律的产品路线上,Lattice认为在60nm工艺节点之后,功耗不再随着工艺节点的升级而减少,工艺升级对降低功耗的帮助已经排到前三个重要因素之外。功耗在40nm工艺之前反而会增加,比如同等逻辑规模的芯片,40nm工艺较65nm在功耗上要高出3倍。这就是Lattice最新的MachXO2 PLD采用65nm工艺以及MachXP2 FPGA采用95nm的原因。并且,Lattice不打算考虑40nm的工艺节点,而是会直接进入20nm节点,因为在这一节点高K金属栅极工艺将能发挥低功耗的作用,而由于富士通已经宣布不会做20nm节点的工艺升级,所以,Lattice将会考虑在TSMC和UMC代工新工艺产品。

ECP3是Lattice中端FPGA的代表产品,是目前市场中最低功耗、具有SERDES功能的FPGA。共有5款器件,提供兼容多种标准的多协议3.2G SERDES、DDR1/2/3存储器接口和高性能且可级联的DSP slice,适用于RF、基带和图像信号处理。ECP3具有高速LVDS I/O,切换速率高达1Gbps,以及多达6.8 Mbit的嵌入式存储器。其逻辑密度从17K LUT到149K LUT,带有多达586个用户I/O。ECP3系列适合大批量、成本和功耗敏感的摄像和显示、有线和无线基础设施等应用。 集成Flash是Lattice PLD产品的一大特点,相较于外挂Flash,单芯片可以减少成本,提高安全并且具有瞬间上电的优势。如MachXO2系列较之前的MachXO系列相比,提供了3倍的逻辑密度、10倍的嵌入式存储器、降低了100倍以上的静态功耗并减少了高达30%的成本。此外对一些常用功能,如用户闪存(UFM)、I2C、SPI定时器/计数器进行了固化。为了满足产品设计需求,Lattice在去年6月推出了Diamond设计工具,旨在解决之前工具在易用性和集成度方面的不足,并在同年11月推出了1.1版本。

Lattice的另一类重要产品是可编程混合信号产品,如Platform Manager系列器件,针对电路板电源的数字化管理。该系列包括两款器件:LPTM10-1247和LPTM10-12107。LPTM10–1247器件可以监控12个电压幅度,并支持47个数字I/O,而LPTM10–12107可以监控多达12个电压幅度,并支持107个数字I/O。该器件除了电源管理,新增了数字电路板管理部分。电源管理部分包括可编程的阈值、精度为0.7%的精确差分输入比较块、48个宏单元CPLD、可编程的硬件定时器、一个10位模拟数字转换器和一个用于电源的微调和裕度的微调块;数字电路板管理部分则包括一个640 LUT的FPGA和可编程逻辑接口I/O。

据悉,Lattice正准备开发一个“内核和衍生工具”产品战略,组织“IP工厂”和“集成团队”模式,加大更多的前端投资以加快后端速度,加快新产品开发和交付的速度。目前已将公司以往职能重复的多个研发机构重组为出色的流线性的开发中心。

方案推荐:基于FPGA的低成本设计平台

该平台为ECP3 Versa开发套件,适用于工业网络、工业自动化、计算、医疗设备、国防和消费电子产品。Versa套件使主流客户能以较低的成本评估ECP3 FPGA中的高价值设计模块的功能:可配置的SERDES、级联DSP slice和高速DDR3存储器控制器。过时的传统微控制器和DSP的功能将改为用Versa套件来开发成高效的FPGA解决方案,以解决在应用中新出现的高速设计挑战,如变化的视频传输和中继器、视频图像信号处理、摄像机控制器、网络流量管理和适应性强的网络结构、太阳能板控制器和数据采集与控制。

完整的Versa包包括了LatticeECP3 Versa评估板、7个演示系统,16个免费的参考设计和用于Versa套件的Lattice Diamond的设计软件评估许可证。功能丰富的LatticeECP3 Versa评估板带有PCI Express 1.1 x1和千兆比特以太网接口。板上的SMA连接器展示低抖动的LatticeECP3 SERDES的电气质量,并提 供用于外部模块SFP收发器的扩展端口。

完整的Versa包包括:ECP3 Versa评估板,包含PCI Express 1.1 x1和双千兆比特以太网接口;多种演示,包括PCI Express 1.1系统设计演示、千兆比特以太网网络演示、高速DDR3存储器控制器演示,以及容忍抖动的SERDES眼图演示;用于Windows和Linux平台的PCI Express设备的驱动程序;16个适用于 LatticeECP3 FPGA系列的免费参考设计;通过PC机用迷你USB电缆对FPGA编程和快速入门指南。

在该平台发布时,Lattice提供了限量促销的5个全面的IP套件,以加速客户产品的上市时间。套件提供用于解决各种复杂设计问题的现成模块,如高速数据传输、以太网、高速存储器接口、数字信号处理和视频像素处理。

Microsemi

发展策略:高可靠性+低功耗

在宣布收购Actel之时,Microsemi曾表示,这一收购将增强Microsemi在各终端市场的混合信号产品线,扩展 Microsemi的系统级解决方案与可编程 SoC能力,扩展航天、军事和工业领域的产品门槛以及提供即时EPS增长与协同优势。收购了Actel之后,Microsemi的FPGA产品发展延续着Actel“功率至关重要(Power Matters)”的方向,以及高可靠性、集成快闪技术。其目标市场是消费产品、便携医疗产品、绿色数据中心、工业控制、汽车、军用和航天。Microsemi的FPGA产品线包括最低功耗的IGLOO、低功耗的ProASIC3、SmartFusion混合信号FPGA和Fusion混合信号FPGA。

IGLOO系列FPGA包括IGLOO/e、IGLOO nano,以及IGLOO PLUS器件,是可重编程Flash FPGA,适用于便携电子产品和功率敏感电子产品的设计。该系列基于Actel的非易失性Flash技术及单芯片 ProASIC 3/E FPGA架构,工作电压为1.2 V / 1.5 V。IGLOO系列最多可支持300万系统门,并配备真正的双端口SRAM,容量高达504 KB,该系列器件亦支持多达6个嵌入PLL和620个用户I/O。需要32位处理能力的低功耗应用可采用ARM Cortex-M1处理器核,在M1 IGLOO器件中使用无需授权费用或权益金。

IGLOO系列器件采用了Flash*Freeze技术,能够轻易地进入和退出超低功耗模式,该模式下的功耗仅2 μW,同时可保存SRAM和寄存器中的数据。该技术通过I/O和时钟管理简化了功率管理,并无需关断电压、I/O或系统层面的时钟。在Flash*Freeze模式下,IGLOO 器件的功耗仅为2 μW,无需添加额外的部件即可关断I/O或时钟,同时却可保存设计的信息、SRAM内容和寄存器状态。I/O能够在 Flash*Freeze模式中维持配置的状态,进入和退出Flash*Freeze模式所需的时间少于1 μs。此外,IGLOO 器件的低功耗有源(Low Power Active)功能可实现超低的功耗,并同时通过维持I/O、SRAM、寄存器和逻辑功能使到系统处于完全操作状态。I/O可在Flash*Freeze模式保持其状态。这样,IGLOO 器件便可在功耗最小的情况下,通过外部输入 (如键盘触发扫描) 来控制系统的功率管理。

ProASIC3系列基于第三代架构Flash技术,包括ProASIC3/E(带有ARM Cortex-M1和CoreMP7)、ProASIC3 nano和ProASIC3L(带有ARM Cortex-M1),在功耗、价格、性能、密度和特点方面实现了突破,适用于大批量应用。ProASIC3器件支持ARM Cortex-M1 和ARM7软IP核,提供了编程和上市时间方面的优势,价格低至0.49美元。ProASIC3系列以非易失性Flash技术为基础,并支持1万至300万个系统门和多达620个I/O。该系列器件除了提供商用和工业温度器件以支持便携、消费电子、工业、通信和医疗应用之外,还提供经特别甄选的汽车用和军用FPGA产品。

ProASIC3系列的其他主要特点包括:支持1.2 V或1.5V内核电压,成本优化、可重编程、非易失性存储,支持用于器件配置的128位AES解密,单芯片、上电即用,针对高性能而优化,1024位用户闪存,增强的I/O结构,具有由大气中子引发配置数据损失的免疫能力 (固件错误),提供汽车(T-Grade)和军用温度级别产品和通过了ISO/TS 16949:2002认证。

SmartFusion是目前市面唯一集成FPGA、ARM Cortex-M3处理器硬核,以及可编程模拟资源于一体的器件,能够实现完全可定制系统 设计和IP保护能力,而且易于使用。SmartFusion 基于Flash技术,为需要真正的单芯片系统的硬件和嵌入式系统设计师提供比传统专属功能微控制器更大的灵活性,而成本又比现有使用软核处理器的FPGA低得多。该器件的主要优点表现在具有完全可定制系统设计能力(利用片上FPGA 实现最后一分钟的功能修改、可为FGPA架构内的个别算法试验硬件加速)、IP保护能力(MCU和FPGA接口内置、128位先进加密标准ISP、FlashLock防止反向读取FPGA 内容、利用客户可编程器件密钥避免器件过建 )、易用性提高生产率(单个平台构建整个产品、为FPGA和嵌入式设计人员而设的集成设计环境、利用简单的GUI工具对复杂的可编程模拟资源进行配置、Micrium 提供RTOS和中间件支持)三个方面。

Fusion产品是混合信号FPGA平台,将可配置模拟部件、大容量Flash内存构件、全面的时钟生成和管理电路,以及基于Flash的高性能可编程逻辑集成在单片器件中。该架构可与Actel软MCU内核及32位ARM Cortex-M1和CoreMP7内核同用。其主要特点是系统内可配置模拟功能支持众多应用,提供最大为8Mb的Flash内存 ,拥有丰富的时钟资源(模拟 PLL、精度达1%的RC振荡器晶振电路、实时计数器),以及Flash架构。

方案推荐:65nm嵌入式快闪平台

这一最新的65nm嵌入式快闪平台用于构建Microsemi下一代基于快闪的可定制SoC。Microsemi的低功耗智能混合信号和系统关键系列SoC具有四输入查找表(LUT)架构,将会集中使用现代化的65nm嵌入式快闪工艺。相比前一代产品,新器件密度能够提高一个数量级,性能则提升一倍。新平台能够降低动态功耗65%,并提升Flash*Freeze特性以降低静态电流。新平台集成了ARM Cortex-M3 MCU,具有数千万FPGA系统门和防篡改保护功能、防止过度建设的保护功能。新器件将备有行业标准总线接口,并集成增强的知识产权部件如嵌入式微处理器内核、DSP模块、高速收发器、存储器接口、非易失性闪存和可编程模拟部件。

在现今的设计中,对低功耗、固件错误免疫力、安全性和高集成度需求很高,在65nm工艺节点,Microsemi能够提高产品密度并改善功耗特性和性能,为工业、医疗、军事/航天、航空、通信和消费产品市场提供更多选择。

该平台由Microsemi与台湾UMC合作,是业界首个65nm嵌入式快闪工艺,目前,Microsemi内部业已完成首个商业化硅器件。与此同时,该公司还宣布了下一代基于快闪技术的耐辐射(RT) SoC的产品,第四代RT FPGA具有多达2000万个系统门,提供更大的触发器、存储器和增强的嵌入式IP内核阵列。这些器件将包括数字信号处理(DSP)模块、PLL和高速接口(如SpaceWire、DDR2/3、PCI Express),以便快速、有效地在片上和片外获取数据。全新的基于快闪技术的FPGA架构能够缓减总体辐射剂量和单事件效应(SEE)。

责任编辑:gt

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发烧友学院发表于 2020-04-21 00:00 20351次阅读
写好状态机--从2019年全国FPGA竞赛谈Verilog编码技巧

Altera Cyclone V FPGA器件可...

在针对大批量应用开发系统时,要考虑的一个重要因素是成本。有多个方面会影响总体拥有成本,而不仅仅是每个....
发表于 2020-07-17 18:08 0次阅读
Altera Cyclone V FPGA器件可...

紫光国微发力工业互联网 提供安全芯片解决方案

近日,由紫光国微牵头,联合紫光展锐、紫光云等多家企业,中标中国工业和信息化部信息通信管理局2020年....
发表于 2020-07-17 18:02 15次阅读
紫光国微发力工业互联网 提供安全芯片解决方案

台积电预计今年前三季营收322亿 毛利润率预计在...

据国外媒体报道,芯片代工商台积电,已发布了今年二季度的财报,也给出了三季度的业绩预期。从台积电给出的....
发表于 2020-07-17 17:58 2次阅读
台积电预计今年前三季营收322亿 毛利润率预计在...

DSP和FPGA的特点比较及如何进行方案选择,示...

数字信号处理技术和大规模集成电路技术的迅猛发展,为我们设计数字电路提供了新思路和新方法。当前数字系统....
发表于 2020-07-17 17:56 4次阅读
DSP和FPGA的特点比较及如何进行方案选择,示...

基于定点DSP系列ADSP2181芯片实现通用多...

随着大规模集成电路水平的发展,以数字信号处理器(Digital Signal Process,DSP....
发表于 2020-07-17 17:18 6次阅读
基于定点DSP系列ADSP2181芯片实现通用多...

如何选择和设计国产fpga芯片,将会面临哪些挑战

如果您对使用国产fpga芯片的电路板设计经验有限或没有经验,那么在新项目中使用国产fpga芯片的前景....
发表于 2020-07-17 17:14 12次阅读
如何选择和设计国产fpga芯片,将会面临哪些挑战

AI芯片如何摆脱受制,边缘与云端、算力与算法、制...

2020年世界人工智能大会云端峰会于7月10日开幕,本次大会上的“万物智联 芯火燎原”人工智能芯片创....
发表于 2020-07-17 17:08 152次阅读
AI芯片如何摆脱受制,边缘与云端、算力与算法、制...

基于FPGA技术实现图像增强数据的仿真实验分析

Xilinx的Vivado中集成的图像增强(Image Enhancement)IP可以有效降低图像....
发表于 2020-07-17 17:06 11次阅读
基于FPGA技术实现图像增强数据的仿真实验分析

三星表示将会在后期发布的手机中采用骁龙865+芯...

在芯片端,由于其参与了3G、4G标准的制定,手机企业通常会采用高通芯片。而在近期,高通更是发布了骁龙....
发表于 2020-07-17 16:56 4次阅读
三星表示将会在后期发布的手机中采用骁龙865+芯...

FPGA内部基于软核处理器系统的应用范围

通常认为,SOPC是FPGA设计中的鸡肋,“弃之可惜,食之无味”。诚然,SOPC一直不是FPGA的主....
发表于 2020-07-17 16:52 7次阅读
FPGA内部基于软核处理器系统的应用范围

Led光源芯片的优势及类型介绍

Led光源芯片作为一种发光二极管,它都发光效率是超级大的,而且较于其他照明使用的白炽灯,或者是其他类....
发表于 2020-07-17 16:45 53次阅读
Led光源芯片的优势及类型介绍

星辰处理器支持最新Armv8-M架构并具有最新安...

星辰处理器(STAR-MC1)是一款安谋中国自研的嵌入式处理器,主要为满足AIoT应用性能、功耗、安....
发表于 2020-07-17 16:39 23次阅读
星辰处理器支持最新Armv8-M架构并具有最新安...

毫米波无线通信有望成为6G无线系统的关键支撑技术

这些限制因素包括对sub-THz波传播的物理阻碍,如被墙壁、树木甚至窗户阻挡,或大幅度衰减。即使在通....
发表于 2020-07-17 16:30 13次阅读
毫米波无线通信有望成为6G无线系统的关键支撑技术

LED外延片的特点

LED外延片其实是衬底材料作用的,也就是说在使用一些照明产业当中,这种材料被广泛的运用于芯片加工。导....
发表于 2020-07-17 16:29 45次阅读
LED外延片的特点

台积电宣布断供华为?台积电宣布9月14日断供华为...

台积电在二季度业绩发布会上称,台积电将完全遵守所有规定,目前没有计划在9月14日后继续供货华为。在接....
发表于 2020-07-17 16:21 4856次阅读
台积电宣布断供华为?台积电宣布9月14日断供华为...

人脸识别技术成为成为未来人工智能布局的重头戏

事实上,人脸识别概念的提出并非一朝一夕,并在多个行业成熟落地,如机场、取票机、自助闸机、考场、无人超....
发表于 2020-07-17 15:46 86次阅读
人脸识别技术成为成为未来人工智能布局的重头戏

企业和家用这两种Wi-Fi,二者之间到底有何不同...

第二,就是PCB电路板不同。家用路由大多数采用2层板PCB设计(顶多4层),这便导致单板的电源完整性....
发表于 2020-07-17 15:22 7次阅读
企业和家用这两种Wi-Fi,二者之间到底有何不同...

“新基建”的东风已到来,国产IP将振翅高飞

新基建这个词汇自今年3月份提出后迅速成为焦点。中央定调万亿规模的新基建,强调要加快推进国家规划已明确....
发表于 2020-07-17 15:03 66次阅读
“新基建”的东风已到来,国产IP将振翅高飞

2020年AI产业发展趋势展望

人工智能硬件已成为高科技行业的主要竞争领域。即使竞争对手的硬件人工智能芯片组技术(例如CPU,FPG....
发表于 2020-07-17 14:58 77次阅读
2020年AI产业发展趋势展望

受新冠疫情的影响,汽车动力半导体行业销售大幅度下...

由于Marvell和其他几家芯片制造商都准备复工,包括股价创下52周新高,汽车电子行业仍停滞不前。总....
发表于 2020-07-17 14:41 112次阅读
受新冠疫情的影响,汽车动力半导体行业销售大幅度下...

TLC5510模数转换器的特点及在线阵CCD数据...

TLC5510是美国TI公司生产的新型模数转换器件(ADC),它是一种采用CMOS工艺制造的8位高阻....
发表于 2020-07-17 14:29 21次阅读
TLC5510模数转换器的特点及在线阵CCD数据...

MAX7541数模转换器芯片的引脚功能、内部结构...

MX7541是美国MAXIM公司生产的高速高精度12位数字/模拟转换器芯片,由于MX7541转换器件....
发表于 2020-07-17 14:10 38次阅读
MAX7541数模转换器芯片的引脚功能、内部结构...

英诺迅推出新型的宽带压控振荡器芯片YV25720...

压控振荡器(VCO)在无线通信中是一种核心基础元器件。随着通信频点的提高,基于GaAs工艺可用于射频....
发表于 2020-07-17 14:03 15次阅读
英诺迅推出新型的宽带压控振荡器芯片YV25720...

芯片定制化将是AI计算的未来

  显然,计算能力本身对于实现人工智能是至关重要的,AI的计算架构一直在进化发展,通用CPU是用于A....
发表于 2020-07-17 11:37 255次阅读
芯片定制化将是AI计算的未来

ARM和FPGA有什么区别

ARM是应用,FPGA是芯片设计,前者是软件,后面是硬件,ARM就像单片机,但是它本身的资源是生产厂....
发表于 2020-07-17 11:23 22次阅读
ARM和FPGA有什么区别

紫光国微安全芯片解决方案正式进入工业互联网万亿规...

紫光国微表示,在智能安全芯片领域耕耘近20年,累计销售智能安全芯片逾100亿颗,在我国金融支付、身份....
发表于 2020-07-17 11:20 253次阅读
紫光国微安全芯片解决方案正式进入工业互联网万亿规...

AI芯片是支撑人工智能技术和产业发展的基础设施

    毫无疑问,AI技术已经被视为一种新的通用技术,对未来的影响和价值不容小觑,也是构筑未来竞争力....
发表于 2020-07-17 10:53 253次阅读
AI芯片是支撑人工智能技术和产业发展的基础设施

飞腾基于Arm架构,打造三大CPU系列

在高端应用中,随着芯片主频的提高,功耗也会随之提高,芯片厂商一直在平衡用户对“高性能低功耗”的进一步....
发表于 2020-07-17 10:24 161次阅读
飞腾基于Arm架构,打造三大CPU系列

5G互联时代,FPGA无处不在

易灵思销售总监张永慧先生出席授牌仪式,并表示:易灵思产品和新晔电子的市场覆盖相结合,必将为双方在中国....
发表于 2020-07-17 10:17 190次阅读
5G互联时代,FPGA无处不在

晶圆代工渠道将会成为芯片设计的制胜关键

进入FinFet和FDX先进工艺时代,高端工艺难度大,流片费高企,市场竞争激烈,从设计跨到量产,芯片....
发表于 2020-07-17 10:15 58次阅读
晶圆代工渠道将会成为芯片设计的制胜关键

台积电勇夺芯片厂商市值榜首 台积电声明2个月后不...

台积电在7月16日的法人说明会上宣布,4月到6月净利润为1208亿新台币(41亿美元),该季度营收增....
发表于 2020-07-17 09:53 664次阅读
台积电勇夺芯片厂商市值榜首 台积电声明2个月后不...

Arm推出了用于端到端物联网连接、设备和数据管理...

Arm首席执行官Simon Segars在相关新闻发布会上说道:“Arm认为,数据和计算的共生增长具....
发表于 2020-07-17 09:38 110次阅读
Arm推出了用于端到端物联网连接、设备和数据管理...

怎样在TI的官网上找到某款芯片的例程?

怎样在TI的官网上找到某款芯片的例程?比如找tms30f28027。谢谢!...
发表于 2020-07-17 09:34 0次阅读
怎样在TI的官网上找到某款芯片的例程?

如何设计出最佳的AI推理芯片?

对于使用ResNet-50的每张图像,需要20亿个乘积累加 (MAC),但是对于YOLOv3,则需要....
发表于 2020-07-17 09:24 79次阅读
如何设计出最佳的AI推理芯片?

D类音频功放芯片HT566通过I2C配置远离各种...

纵观音响或者家庭影院发展史,从录制、存储媒体到传输路径等角度看,CD、VCD、DVD、光纤、同轴……....
发表于 2020-07-17 09:17 41次阅读
D类音频功放芯片HT566通过I2C配置远离各种...

VerilogHDL可综合设计需要注意什么

组合逻辑可以得到两种常用的RTL 级描述方式。第一种是always 模块的触发事件为电平敏感信号列表....
发表于 2020-07-17 09:11 27次阅读
VerilogHDL可综合设计需要注意什么

配置SPI控制,只配置主控模块,从控芯片被去掉了,会影响主控输出吗?

如题。
发表于 2020-07-17 08:55 0次阅读
配置SPI控制,只配置主控模块,从控芯片被去掉了,会影响主控输出吗?

分析中国AI芯片产业发展现状

在美国,人们广泛认为中国已经在AI技术领域抢得先机;然而加拿大滑铁卢国际治理创新中心(Centre ....
发表于 2020-07-17 08:53 77次阅读
分析中国AI芯片产业发展现状

中兴微电子正式发布NB-IoT商用芯片Wisef...

物联网产业的发展离不开技术标准的制定,在2016年之前,物联网的无线接入制式五花八门,有基于非授权频....
发表于 2020-07-17 08:29 98次阅读
中兴微电子正式发布NB-IoT商用芯片Wisef...

武汉新芯50纳米NOR Flash存储芯片已全线...

  据了解,武汉新芯50纳米闪存技术于2019年12月取得突破,随后投入量产准备。从65纳米到50纳....
发表于 2020-07-17 08:19 216次阅读
武汉新芯50纳米NOR Flash存储芯片已全线...

5G等新兴技术的高速发展,中国半导体产业进入下一...

边缘计算(Edge Computing)和碎片化应用,为定制化芯片带来了更多机会,RISC-V等开源....
发表于 2020-07-17 08:19 491次阅读
5G等新兴技术的高速发展,中国半导体产业进入下一...

请问下Altera FPGA I/O 配置成LVDS 能否驱动TFT LVDS?

发表于 2020-07-16 22:04 69次阅读
请问下Altera FPGA I/O 配置成LVDS 能否驱动TFT LVDS?

华为最新消息:华为回应美国将限制员工赴美签证 华...

中芯国际收盘大涨201.97%,报收于82.92元,当天换手率高达53.08%,涉及资金额高达479....
发表于 2020-07-16 18:06 1839次阅读
华为最新消息:华为回应美国将限制员工赴美签证 华...

如何使用OpenCL轻松实现FPGA应用编程

实现这一编程思想的转变,是因为 FPGA 借助 OpenCL 实现了编程,程序员只需要通过 C/C+....
发表于 2020-07-16 17:58 50次阅读
如何使用OpenCL轻松实现FPGA应用编程

了解FPGA的芯片内部资源:IO是什么

虽然很多 FPGA 工程师都是写代码,但是作为硬件编程工程师,如果不熟悉 FPGA 的底层资源和架构....
发表于 2020-07-16 17:53 101次阅读
了解FPGA的芯片内部资源:IO是什么

FPGA和ASIC、DSP及ARM有什么不一样,...

ASIC 是 Application Specific Integrated Circuit 的英文....
发表于 2020-07-16 17:47 175次阅读
FPGA和ASIC、DSP及ARM有什么不一样,...

基于FPGA器件实现异步FIFO读写系统的设计

异步 FIFO 读写分别采用相互异步的不同时钟。在现代集成电路芯片中,随着设计规模的不断扩大,一个系....
发表于 2020-07-16 17:41 69次阅读
基于FPGA器件实现异步FIFO读写系统的设计

FPGA和SoC在设计中面临小尺寸和低成本挑战,...

工业电子产品的发展趋势是更小的电路板尺寸、更时尚的外形和更具成本效益。由于这些趋势,电子系统设计人员....
发表于 2020-07-16 17:32 73次阅读
FPGA和SoC在设计中面临小尺寸和低成本挑战,...

FPGA大幅提升硬件加速的单位功耗性能,FPGA...

随着网络技术发展,移动网络速度不断提升,为移动互联网业务带来了良好的发展条件,但同时带来的爆炸式数据....
发表于 2020-07-16 17:24 95次阅读
FPGA大幅提升硬件加速的单位功耗性能,FPGA...

保护物联网网络安全的关键提示

物联网通过使周围的事物自动化并引入控制人类活动的新技术,使人类的生活更加轻松。但是,物联网也面临着重....
发表于 2020-07-16 17:24 52次阅读
保护物联网网络安全的关键提示

通过FPGA和RISC-V开放指令集优化军事和航...

RISC-V开放指令集可以帮助航空航天和国防设计人员通过优化指令集,为每个特定的应用程序提供最有效的....
发表于 2020-07-16 17:13 65次阅读
通过FPGA和RISC-V开放指令集优化军事和航...

在Speedster7t FPGA中增加NoC能...

关于诸如FPGA之类的可编程解决方案的传统想法是,您必须愿意在灵活性方面做出很多权衡。在许多情况下确....
发表于 2020-07-16 17:12 97次阅读
在Speedster7t FPGA中增加NoC能...

基于PCI Express总线的CamLink接...

图像采集和处理技术在机器视觉和图像分析等诸多领域应用十分广泛。随着高速的 PCI Express(P....
发表于 2020-07-16 17:02 31次阅读
基于PCI Express总线的CamLink接...

【每周FPGA案例】定时转换的LED交通灯2

状态机实现的LED交通灯2 --作者:肖肖肖 本文为明德扬原创及录用文章,转载请注明出处!1.1 总体设计1.1.1 概述发...
发表于 2020-07-16 16:41 101次阅读
【每周FPGA案例】定时转换的LED交通灯2

晶泓科技透明LED显示屏:疫情之下的“冠军企业首...

上半年,一场突发的疫情让各个展会停摆。在政府相关部门和行业商会的积极推进下,第二十二届中国(广州)国....
发表于 2020-07-16 16:21 111次阅读
晶泓科技透明LED显示屏:疫情之下的“冠军企业首...

【每周FPGA案例】至简设计系列_按键控制数字时钟

至简设计系列_按键控制数字时钟 --作者:小黑同学 本文为明德扬原创及录用文章,转载请注明出处!1.1 总体设计1.1...
发表于 2020-07-16 16:18 101次阅读
【每周FPGA案例】至简设计系列_按键控制数字时钟

三星宣布将在2030年之前在非内存芯片业务上投资...

三星最为消费者所熟知的是其手机和其他电子设备,通过其代工部门成为世界第二大芯片制造商,自营许多手机零....
发表于 2020-07-16 16:16 407次阅读
三星宣布将在2030年之前在非内存芯片业务上投资...

如何在“新基建”背景下提升我国工业芯片的发展水平...

5G时代下工业互联网的发展如火如荼。作为“新基建”中的重要一员,工业互联网是连接工业全系统、全产业链....
发表于 2020-07-16 16:02 233次阅读
如何在“新基建”背景下提升我国工业芯片的发展水平...

5G新应用的逐步落地,进一步提升云计算未来发展趋...

在技术进步和市场竞争与整合的推动下,云计算已被视为科技界的下一次革命,成为推动生产进步、革新商业模式....
发表于 2020-07-16 15:47 754次阅读
5G新应用的逐步落地,进一步提升云计算未来发展趋...

FPGA和CPLD的主要区别是什么

  FPGA(Field Programmable Gates Array 现场可编程门阵列,内部结构为门阵列构成静态存储器(SRAM)。...
发表于 2020-07-16 10:46 0次阅读
FPGA和CPLD的主要区别是什么

K7 FPGA来设计电路板,连接引脚时应注意什么?

嗨XILINX工程师 我正在使用您的K7 FPGA来设计电路板。 在我的项目中,我将使用DDR3来消耗内存。 我将...
发表于 2020-07-16 09:06 0次阅读
K7 FPGA来设计电路板,连接引脚时应注意什么?

ise软件,在设置激励源时,点击new Source 并没有生成子文件而是生成同级的文件,如图

add文件为一个加法器,点击add右键new source, 想设置adt激励,却生成平级文件,该怎么处理,直接对adt仿真报错:ER...
发表于 2020-07-15 19:14 77次阅读
ise软件,在设置激励源时,点击new Source 并没有生成子文件而是生成同级的文件,如图

求大神看一下,为什么这个sync_ncs

发表于 2020-07-15 16:46 74次阅读
求大神看一下,为什么这个sync_ncs

通过串行从编程对FPGA Kintex 7k160T进行编程遇到的问题如何解决

嗨, 当我尝试通过串行从编程(JTAG编程工作)对FPGA Kintex 7k160T进行编程时,我们遇到了一个问题。 I...
发表于 2020-07-15 10:24 16次阅读
通过串行从编程对FPGA Kintex 7k160T进行编程遇到的问题如何解决