这款FPGA满足了网络边缘应用的所有刚需

随着工业自动化和 5G 等技术的发展，开发人员开始寻求为网络边缘应用添加处理和互连功能。为了顺应这种趋势，这些器件需要采用支持 PCIe 和千兆以太网等常见接口的低功耗处理硬件。设备开发人员还需要易于使用、统一的开发平台，提供将产品快速推向市场所需的硬件、软件和 IP。为了满足市场需求，莱迪思推出了全新 Lattice Certus-NX 系列 FPGA。

这些意味着莱迪思在新产品开发战略的指导下仅用六个月就发布了第二款产品系列，Lattice Nexus 是业界首个基于 28 nm FD-SOI 工艺的低功耗 FPGA 技术平台，而 Certus-NX 器件是在该平台上开发的第二款 FPGA 系列产品。

莱迪思现场技术支持总监蒲小双介绍，“该系列器件在通用 FPGA 市场上拥有领先的 IO 密度，每平方毫米的 IO 密度最高可达同类 FPGA 竞品的两倍。Certus-NX FPGA 拥有卓越的低功耗、小尺寸、高可靠性和瞬时启动等特性，支持高速 PCI Express（PCIe）和千兆以太网接口，可实现数据协同处理、信号桥接和系统控制。”

密度增大，安全性更高

对比发现，新产品和上一代产品都是在 28nm FD-SOI 工艺平台上打造的，都有 DSP 模块，都分为 17K、40K 两类，两者到底有哪些区别？ 蒲小双解释，“从整体来看，两代产品都基于 28nm FD-SOI 工艺制造，最大的差别是，Certus-NX 没有 MIPI hardcore，这是为了增加 I/O 的数量，达到 195 个 IO，在小封装中，每平方毫米增加 I/O 对细分市场的客户是有益的，这是我们在推广上一代产品时发现的；另外一个区别是，在安全认证方面，为了保护器件的位流免于未经授权的访问 / 更改 / 复制，Certus-NX FPGA 支持 AES-256 加密和领先的 ECDSA 认证，可在设备的整个生命周期内提供保护，而第一代产品没有 ECSDA 模块。Certus-NX 系列 FPGA 设有 17K 和 40K 两种逻辑单元，都是比较小的 FPGA。一般来说，在边缘配置高逻辑 FPGA，功耗也会相应增加，因此用户在选择方案时需要折中，设计者要在纯 FPGA 方案、MCU+FPGA 方案、DSP+FPGA 方案中筛选，做到性能和功耗的平衡。

由于手机出货量很大，现在的大部分传感器都采用 MIPI 接口，第一代产品具有 MIPI 接口，因此侧重嵌入式视觉应用，如今 MIPI CS 接口变成了很多 AP、DSP、MCU 的标准接口。FPGA 更多是作为协处理器，需要接口与主处理器连在一起，第二代产品支持高速 PCI Express（PCIe），面向从自动化工业设备中的数据处理到通信基础设施中的系统管理等一系列应用。

满足用户“小尺寸、低功耗”的刚需

Certus-NX FPGA 的尺寸缩小多达 3 倍，可以在 36 平米内实现完整的 PCIe 解决方案。即便是使用 Certus-NX FPGA 系列的最小封装，其每平方毫米 I/O 密度仍是同类 FPGA 竞品的两倍，为桥接应用提供更大的设计灵活性和强大的支持；IO 连接更可靠，其中 1.5 Gbps 差分 IO，性能超过竞品 FPGA 最高可达 70%。蒲小双解释，“我们的差分 I/O 可以运行到 1.5Gbps，竞争对手的同类产品运行到 1.25Gbps，因此比竞争对手高 70%。”还支持 5 Gbps PCIe、1.5 Gbps SGMII 和 1066 Mbps DDR3，开发人员可以在 Certus-NX 开发板上测试这些 IP 模块，快速实现在 Certus-NX FPGA 目标应用上常用的接口。

另外，功耗降低多达 4 倍，Certus-NX FPGA 的可编程基体偏压功能可根据用户的应用需求，可选择高性能或低功耗工作模式。与同类 FPGA 相比，该系列器件的功耗可降低多达 4 倍。关于功耗的降低，蒲小双解释，“主要是 FD-SOI 带来的，FD-SOI 技术原来是针对 IoT 推出的，在边缘应用中用户希望功耗更低，它的漏电流很小。“

Certus-NX FPGA 的启动时间几乎是瞬时启动，全新器件还通过 SPI 存储器实现超快的器件配置，其速度最该可达同类 FPGA 竞品的 12 倍。单个 I/O 配置只需 3 ms，整个器件启动时间仅为 8-14 ms（取决于器件大小）。为什么配置时间可以大幅度缩减？除了工艺以外，每个产品的设计方法、加载方法都不一样，对于传统 FPGA 来说，一般都是在外面加一个 SPI Flash，传统 FPGA 的快慢往往决定于 SPI 能跑多快。以前 FPGA 最快能运行到 50Mbps，现在的新 SPI Flash 可以达到 130M。而且原来的 SPI 是单通道运行，现在可以是四个通道，叫 QSPI。如果你能支持 QSPI 那么宽的数据，在加载或者相应的 FPGA 设计时，就要把数据通道打通，让配置时间缩短。现在用户对器件性能要求越来越高，外面提供 SPI Flash 有好处，在芯片内部专门配置快速设计也有优势。

高可靠性和易用性兼得

对于安全性要求极高的工业和汽车应用而言，可靠的性能至关重要。这些应用中的器件必须达到预期的性能，以避免对人员和财产造成损害。Certus-NX FPGA 的抗软错误率（SER）性能最高为同类 FPGA 的 100 倍，Certus-NX FPGA 为工业温度级器件，它还支持片上 ECC 和 SEC。

对于工业和汽车的总线支持，蒲小双表示，常用汽车总线称之为 CANBus 总线，因为 CANBus 总线不是特别快，莱迪思提供 IP 支持。另外，高速数据传输总线分为工业以太网和 FTPLink3，车载采用较多。其优势是单对线的速率很高，可以达到 1.4G、2G，主要传输视频图像，也可以做双向，但是因为是私有协议，cable 和芯片都很贵。MIPI 是汽车领域的一个公开组织，MIPI 现在在推 A-PHY 标准，以后 FPGA 和处理器都会带有 A-PHY，因为 A-PHY 基本上可以取代其它的产品。我们的产品可以用于车载，例如，带 MIPI CSI 的 AP，基本 1-2 个可以用到汽车上。未来，汽车上的摄像头会越来越多，包括环式、前式、后式等，这些 MIPI 都要连接，还要传输回来。我们的产品可以发挥桥梁作用，还可以提供 ISP 图像处理的功能。”

另外，Certus-NX FPGA 支持易于使用的 LatticeRadiant 软件，提供了统一的 FPGA 设计环境，集成了优秀的工具和功能，可帮助用户快速高效地开发应用，用户基本上在 10 分钟内的流程里面就可以学会整个系统开发的过程，非常易学。

审核编辑黄昊宇