Altera:成功的28nm

2013-01-28 15:02:39来源: EEWORLD

日前,Altera在北京对媒体举办了2012年终回顾,Altera市场部经理刘斌不但总结了Altera在2012年取得的成就,同时Altera技术支持团队以实际demo为例,展示了Altera产品是如何做到创新与高性能的。

以下是Altera刘斌的演讲,有删改。

今天主题叫做“成功的28纳米产品”,其中包括了我们全线产品,其中最重要的一点是我们在28纳米的FPGA产品,包括高端的Stratix,中端的Arria,低端的Cyclone都已经进入量产和发货阶段。而且从试产到量产的阶段是有史以来最快的。

我们在28纳米产品全面进入量产的同时,我们也兑现了28纳米上面实现一些技术创新的承诺,比如我们在业界最先推出来28G的收发器在FPGA中的集成,我们也最先得到PCIe第三代硬核的支持,在Stratix V的芯片里。我们提供了一个新的技术方向叫做CVP,支持FPGA通过PCIe协议进行加载的方法,在整个行业里也是领先的。

在2012年我们也同时宣布了20纳米上的路标,既向行业承诺迈向管芯融合的新步伐。除了率先推出这些技术的指标及产品,Altera还向业界提供了一些独一无二的解决方案。

第一个是针对SoC以及嵌入式系统,我们是业界唯一推出基于ARM DS-5的Altera定制版本FPGA的处理工具,叫ARM DS-5的Altera版本。

针对SoC FPGA,大家理解在FPGA行业里面,集成更多的处理器,集成更多的其他功能是一个发展方向,在这方面我们的领先地位主要是通过架构上进行创新,在架构上提供一些更优越的特性来实现。SoC的FPGA的Altera的体系架构我们下面会有详细的内容介绍。而这颗芯片现在已经开始向客户进行供货了。

第二个事件是Altera公司前瞻性地投入到OpenCL的发展领域,我们提供了OpenCL最新的Beta软件,针对一些新的市场领域,新的市场应用而言,它可以提供一个比较高的系统性能,也让工程师可以用很快的时间进入到应用FPGA做计算加速的应用场景里面。

第三,是Altera在收发器技术上一直是处于长期持续性的技术优势。在收发器上我们提供最高的数据速率,最低的功耗水平,同时我们也提供一些特殊的或者是更高级的信号转型的功能。通过这些功能我们可以有效地支持客户在一些复杂、困难的场景里面进行应用。

如果看2012年在我们产品上的重要目标和重要的里程碑,这个图表上面,靠上面一侧是芯片方面的重要发布。Stratix V的产品大家知道在2011年4、5月份的时候我们开始提供工程样片,这也是28纳米整个行业里面比较早的。在2012年第一季度我们这个高端系列进入到量产的阶段,这个过程大概花了不到一年的时间,在以往历史也是最快的一次,所以28纳米产品快速地进入成熟,是我们重要的一个成绩。

有了在高端产品上的基础之后,Arria的产品在2012年8、9月份的时候进入到量产阶段,相对于它的工程样片,最早一颗是在2011年11、12月份,这个过程大概花了三个季度的时间,比Stratix V更快。如果看低端的Cyclone V,从它的工程样片到它的量产芯片的过程,大概只花了6个月的时间。所以这是我们一代产品利用一个工艺节点向前演进的过程中我们不断地学习,不断地改善。

实际上我们的驱动力是来自于用户强烈的需求,非常快的要求就是客户希望我从以前的产品中演进到最新工艺技术、最新的节点上。在Stratix V上面我们一年以内就达到了工程样片到量产芯片的转移,我们并不只是说把生产能力提升到量产过程。实际上我们有了量产能力之后,我们可以向市场提供更多的价值,比如我可以在量产芯片,在有批量的情况下,针对一些场景做特殊的验证和测试,然后我们提出基于批量产品的特征报告。

举个例子,如果我们在背板连接的场景下面,在出厂测试的时候没有办法进行测试的,因为你需要把芯片装到板子上,你也需要有背板的环境,也需要有温度循环,做整个系统集成之后,我们才可以进行相关的测试。但我们有了批量的芯片,我们做了成批的板子出来,把放到测试环境中,得到一个批量数据回来,我们也是这个行业里面现在独一一家可以真正提供这样批量数据的厂商。我们的用户当然从中可以得到很多的价值。

我们在2012年年以的时候有SoC工程样片发布,就是我们今天带来的技术演示。在2013年的时候我们这个产品也会逐步进入量产。Arria V或者Cyclone V的全面量产,基本上在今年上半年就会结束。Stratix V已经开始量产了。

在软件方面或者是开发工具方面来讲我们每年都有Quartus的新的发布,当然Quartus 12.0和12.1目标是来支持28纳米的产品,所以你必须有软件,才能让FPGA很好地工作起来。这是我们在Quartus上的一个重要目标并且得到实现的。

另外我们刚刚提过的两个独有的Altera的特殊的投入产出,一个是在去年四季度的时候我们在业界首款推出了支持FPGA开开发的OpenCL的开发工具,这样对底层不是非常了解的客户,就可以非常快地开发利用FPGA做计算加速的功能。另外在跟ARM的合作来讲,我们利用ARM的DS-5自适应的开发套件提供了一个Altera的版本,这个在整个ARM的各个伙伴中讲我们是独一的一家。向我们用户提供的是资源最丰富、功能对丰富的开发套件。

Stratix V在今天的用户环境里面,特别是在我们中国用户身上,我们现在的基数是非常高的。我们目标的市场原来在有线通讯100G、40G甚至400G这样一些高端的数据通信或者是光互联,在这些方面的一些要求。在这些方面来讲,我们目前的市场接受度是非常非常高的,因为Stratix V已经证明自己在高端FPGA具有领先的优势。包括数据中心,大规模的运算场景等应用中,Stratix V同样得到很多的应用。

Arria V作为中端的产品,我们最早推出来Arria GT的型号。在中端产品向高端产品过渡的时候,我们有些客户对于中端的产品有些特别的要求,他要求我们在提供非常高的性能的同时也能够提供一个相对比较好的成本的水平。所以我们在去年做了一个很重要的决定,我们在Arria V上面增加了一个系列叫做Arria V GZ,作为填补中端应用向高端应用之间所存在的缝隙,这个过程会被Arria V GZ所填补。这个产品非常快的时间进入量产,实际上它跟GX和GT一样,都是现在我们Arria V的量产型号。Arria V整体来讲差不多有超过四分之三的型号都已经在量产,各种各样的组合,各种各样的封装,所以实际上是一个非常成熟的产品。

Arria V的应用场景主要在于我们的广播或者广播系统,或者我们的无线系统或者是基带或者是射频系统里面。这些方面用户需要比较高的效能,同时他也需要成本和功耗的平衡,所以Arria V的目标主要是提供在功耗、成本和性能方面均平衡的一款产品。

Cyclone V作为我们期待的最大规模的市场容量的产品。这个产品客户的要求是尽快好用,我们大概6个月的时间里面就完成了从最早的芯片到量产的过程,向客户提供最低的成本以及最低的功耗。它现在被广泛地应用在远端射频模块这种无线上面的射频单元上面,包括我们在一些其他的行业,一些工业方面其他的应用领域里面都有我们的应用。

除了高中低端的FPGA之外,我们也在考虑怎么样扩展FPGA的应用领域。第一个能够想到的最直观的答案就是SoC的产品。Arria V或者是Cyclone V我们都会有SoC产品,大家看到我们图表上写出来的Cyclone V的SoC是第一颗已经开始提供芯片、提供解决方案的这么一个系列。这个系列成长非常快,原因是我们在业界提供虚拟目标品台,我们给客户的价值是你在你的硬件系统还没有准备之前,没有好之前,我就可以允许你开始希望软件的研发和开发,将来可以无缝地过渡到硬件系统里面。实际上我们自己就是一个最好的例子,我们就利用了这样的优势,所以当Cyclone V SoC芯片出来之后,我们的软件和IP已经相当程度上准备好了,以最快的速度,我们说起来可能是在一天或者是几天之内的时间里就完成了整个新的一代新片、新的板子、新的操作系统启动的过程。所以这个就利用了我们的工具,利用了我们提供给客户的价值,实际上也是我们自己在内部研发过程中所得到的价值。

所以这个产品上面讲,我们目标市场是传统上FPGA会涉及但是可能没有办法完全解决问题的那些市场,甚至是全新的市场。我们这边举了个例子,在马达控制方面,我们相信SoC FPGA应该会给我们带来更多的新的市场应用。

总结我们在28纳米产品上的技术应用,实际上我们发现Altera的优势在几个方面。第一个在我们产品技术革新上面,我们有性能,有功耗方面的优势。另外我们也在不断地考虑在新的市场上拓展,提出一些新的产品形态出来。考虑到产品的性能或者是功耗,我们这边也有一些例子来说明。

第一个我们今天的实体真实里面会有28G的收发器的展示,这边是指的芯片间互联的收发器。这种收发器我们是第一个向市场提供量产的芯片,可以支持28G的收发器进入量产的过程。它在行业应用里面支持最新的CFP2新的光模块,相对原来传统的CFP的光模块,可以在功耗和成本上同时会有一个很大的成本降低,对于客户来讲是非常新、非常必要的应用。

在Stratix V上面我们也提供14.1G的背板连接。14.1G是Altera独有的速率,我们从600兆直接支持到14.1G,相对我们竞争对手来讲它的速度会高一段,高一段意味着你可以覆盖一些新的应用场景。如果大家看到我们最近在中国网站上的新闻发布,我们在成熟市场上有一些新的应用的例子,这些例子来自以我们在收发器上面覆盖新的协议的支持。当然我们后面有一些高级的特性,有一些产品测量测试的方法,但是最根本地来讲我们在量产芯片的级别上,就是我们今天反复强调给大家的,在量产芯片的级别上向大家提供这些优势。所以这些不是只是在实验室环境给客户的一个简单的例子,而是说我们在批量的水平上向客户进行保证。

有了批量的产品水平,实际上我们还可以多做一些新的附加价值的方式。比如Stratix V上面,我们为了保证同样性能的情况下,向客户提供一个跟低功耗的版本,我们的用户不需要修改它的系统,但是可以降低系统运行的功耗,使得整个系统运行的成本更低。这个是我们在Stratix V上面提供的一个新的级别,是一个低功耗的产品。

如果说在收发器方面的优势,我想大家已经看到类似的东西了,就是我们Altera的优势在哪里?在于我们通过十来年收发器研发团队的积累,大家知道模拟相关的设计通常需要很多的经验。我们在2003年向市场发布了第一代Stratix I GX产品系列,提供我们最早集成收发器产品。到后面一代代过来,一直到2010年我们向市场推出它的测试芯片,支持到我们新的28纳米的收发器上面,到我们现在可以提供量产芯片。我们很快会提供向下一代演进的收发器,收发器技术会不停地向前演进,我们也会利用自己的资源、自己的经验不断地让这个市场得到最新收发器的技术。

在28纳米的产品上面,收发器的特点在于它其实适应了市场最新的要求,背板技术需要从3G、6G的平台转移到10G或者是10G以上的过程,在这个过程里面,我们针对于实际以太网的背板标准,我们把它的速率提升到12.5G,目前在市场上也是最高的支持速率。达到这个目标,采用的一些技术包括在发送侧、接收侧做了一些均衡器,来改变面向背板的信号水平功能,发送的预加重,接收的线性均衡,或者是决策反馈均衡。对于客户来讲一个特别有意义的功能在于,因为你有了这么多均衡器在收发器的结构里,实际上你从电路板上很难提取一个眼图信号说我的通道的质量是不是够好,所以我们在均衡器之后附加了一个管芯仪表,我们叫做IQ的功能,我可以在我的FPGA已经对于通道的信号衰弱进行补偿之后,再把它的眼图取出来,让用户有一个了解说我通道质量到底是不是够好,我是不是有足够的预量让我的系统更安全地运行。所以这个技术其实是行业发展的方向,越来越多的管芯仪表会集成在FPGA或者是其他的芯片里。

在性能演进的过程中,其实客户不停地需要你必须要提供一个足够好的功耗水平。如果和我们最接近的竞争对手相比,我们的收发器除了性能本身比较好之外,我们也会提供一个更低的功耗,这边有一个直观的图表对比,可以看到在不同的数据处理上面,我们会提供高达50%甚至更高的功耗的节省水平,这个是很重要的技术优势。如果我们考虑到客户的具体应用,大家要理解实际上今天应用场景里面会有非常多的高速的收发器会使用到,即使在一个通道上面你的节省大概是几十个毫瓦的功耗,如果你10个通道、20个通道,比如说60个、80个通道,我们能够节省的功耗是非常非常多的,你这边只是给得到一个简单的案例,如果基于一个100G的背板接口,你实际上可以拿到相当于30%的功耗节约在这收发器上面。

讨论完性能和功耗上面的优势之后,我希望在这边给大家一个简单的介绍,就是我们新的技术领域、新的产品形态的发展。

第一个最重要的当然是SoC FPGA,SoC FPGA目前我们已经开始发售Cyclone V的第一个器件,110K逻辑单元的器件,这个器件就像我们今天展示的,实际上它的进展是非常快的,用户已经可以很快地在上面开发他们自己的系统。我们讲过Cyclone V SoC FPGA的技术优势在于我们提供了一个特殊的或者是更先进的架构,架构上面的优势比如说我们提供32位的ECC,如果你是嵌入式系统,安全保护会是很重要的用户要考虑的问题。

32位ECC现在保护了用户数据的完整性。在存储器接口上面,这些控制器上面我们也内置了存储器的保护功能,保护我的数据完整性,保护应用的高可靠性。

我们在SoC FPGA里面提供了非常灵活的启动方式,你可以允许SoC,就是我们ARM处理器系统先启动,然后加载FPGA,你也可以允许我的FPGA先加载,然后不在乎我的存储处理器的系统,这是Altera的特点。所以用户的系统可以定制得非常灵活,灵活性正好也是我们FPGA向产业提供的最重要的价值。我们还有一个很重要的特点,我们有集成PCIe硬核在低端的SoC产品里面。我们有非常多的用户喜欢这一点,因为在很多应用领域里面PCIe作为你的控制通道,非常好控制,不需要很高的速率,但是你可以很容易地跟其他系统进行互联。

这边列出来的几点是我们SoC FPGA在机构上的独到优势,也因为这一点有很多用户非常喜欢我们SoC的产品,增长得非常快。虚拟目标这软件我刚才已经提过,我们建议我们的客户用,我们自己也在用,极大地节省了我们开发时间,系统的速度非常快。

其他的软件还包括在Quartus上面我们推出新的Qsys的套件。Qsys的这个模块主要是针对一个比较复杂的系统集成,所以我们在FPGA或者是SoC FPGA的开发过程中,可以利用Qsys这个软件非常快地把各种各样的IP组合起来,构成一个系统级的解决方案。虚拟目标我们刚才已经提过了。Altera版的ARM DS-5,这个是业界独有的东西,这是我们和ARM合作水平深度的证明。它是业界第一款,也是唯一一款FPGA自适应的嵌入式软件包。它的功能是非常非常丰富的,远远比一般的开发工具要丰富得多。

OpenCL是FPGA领域向新的领域扩展的一个重要的里程碑。大家可能比较了解在这个行业里面云计算这样非常热的话题,实际上OpenCL就是面向云计算的非常重要的步骤。如果我们计算方面的开发者或者是产品经理他们需要FPGA对于运算进行一些加速时候,不需要真正介入FPGA的细节,可以在很高层面的开发上完成,利用FPGA进行加速整个开发过程,而且它是一个开放平台。所以FPGA对于高层来讲,对于处理器来讲实际上是一个透明的过程,你可以非常快地完成整个系统的构架。

所以综上我们比较短的时间过了一下在28纳米上取得的成绩,当然2013年我们会完成整个28纳米的输出。而且我们也在考虑下一代的产品会是什么样子。我相信大家看了这张图,我们对下一代的产品,希望针对于硅片融合,就是管芯融合会有一个新的阶段,这个阶段里面可能包括我们图上画出的几个方面。

我们有新一代的SoC,怎么样把处理器集成到FPGA中。我们会有全新的DSP处理方面的改进,比如我们针对于浮点运算会有一些新的推动。收发器方面来讲当然是更高的速率,更复杂的应用场景。还有一个很重要的就是我们在考虑3D封装的技术,怎么样可以让更多不同架构的IC集成在同一个封装里面,向用户提供一个既包含灵活性,也包含效率的这么一种新的芯片形式。当然ASIC是我们在看的一个很重要的发展市场。还有我们刚才提过的OpenCL在2013年以及以后的时间里,我们会不停地推动这个市场向新的领域进行发展。

我们希望FPGA的市场可以扩展得更大、更好一点。

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关键字:Altera  FPGA  28nm

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2013/0128/article_3301.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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