通用FPGA：无创新的十年

电子世界的某些角落数年或数十年没有重大的技术升级。无源电子元件就是一个很好的例子，因为像电阻器这样的设备无法从更多的性能或成本中拉出来，至少如果没有材料革命。另一个是电池市场，那里的产品基本上已经根据需求进行了优化。

然后还有嵌入式处理空间。没错，逻辑。具体来说，通用可编程逻辑。

2011年，Xilinx和Altera（现为Intel）分别发布了Artix-7和Cyclone V GT。这些器件中的每一个都包含不到 100K 的逻辑单元（Xilinx 器件为 50K，Cyclone V 器件高达 77K），但在从汽车子系统到工业自动化设备再到通信基础设施的各种应用中提供了 I/O 灵活性、逻辑和低功耗的完美组合。

然后，什么都没有。近十年来，低功耗、通用、低于100K逻辑单元类的FPGA没有引入新器件。

为什么不呢？嗯，有几个因素在起作用。首先，许多利用这些设备的终端系统都是按照“如果它没有坏，就不要修理它”的口号生活的行业的长生命周期部署。但主要原因是，两大FPGA供应商战略性地从传统的嵌入式市场转型，在数据中心等环境中获得更高利润的业务，这些环境需要具有100万个或更多逻辑单元的设备来实现工作负载加速等。

在没有其他竞争产品的情况下，Artix-7和Cyclone V GT的尺寸，功耗，I / O速度，I / O密度和软错误率（SER）保持了多年的现状。

改变CMOS是唯一不变的

当然，即使在电子领域最静态的部分，变化也是唯一不变的。最近，100K以下逻辑单元通用FPGA市场发生了变化，莱迪思半导体的Certus-NX产品线也发生了变化。

Certus-NX FPGA 提供 17K 到 40K 逻辑单元，并且与前面提到的替代方案一样，包括硬化的 5 Gbps PCIe 通道。但是，尽管莱迪思器件在这些参数上具有可比性，甚至包括更少的RAM和更少的DSP乘法器，但它们的差分I/O速度提高了70%，I/O密度提高了两倍，功耗降低了4倍。

它们的尺寸也大约是一半，尺寸仅为 6 毫米 x 6 毫米。

Certus-NX 器件通过摩尔定律的技巧实现了这些性能和效率提升。虽然莱迪思、英特尔和赛灵思 FPGA 均在 28 nm 节点上制造，但 Certus-NX 平台采用完全耗尽绝缘体上硅 （FD-SOI） 工艺技术，其寄生电容低于体 CMOS。这允许体偏置，或者通过将可编程电压穿过晶体管下方的氧化物绝缘层来使晶体管更具性能或功率效率。

尽管FD-SOI使用了已经建立的制造技术，但它产生的芯片尺寸更小，并且比标准CMOS具有更高的可靠性。该技术几乎消除了SRAM中的SER，这使得Certus-NX器件的平均故障间隔时间（MTBF）是竞争对手的150倍以上。

为了进步而进步

Certus-NX 的其他现代化包括支持 ECDSA 加密算法、3 ms I/O 配置和 14 ms 设备配置，所有这些都与上述节能相结合，为连接和电池供电的设备提供了坚实的基础。

但同样重要的是，无论是传统部署还是新安装，尺寸、性能、可靠性和功耗改进也代表了传统嵌入式应用向前迈出的重要一步。让我们不要忘记这些系统的全球足迹，让为了进步而进步给我们留下没有创新的十年。

审核编辑：郭婷