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。