小尺寸FPGA如何发挥大作用

与许多类型的器件一样，人们很容易陷入这样的误区：大芯片比小器件更好，更有影响力。然而，就FPGA（现场可编程门阵列）而言，更小的芯片往往具有最大的应用范围和影响力。

小型FPGA广泛应用于各种设备、应用和行业，因为它们能够可靠地执行对许多不同类型智能系统的快速运行至关重要的关键功能。同时由于其可编程的特性，它们可以很容易根据不同类型设备的特定要求进行定制。

莱迪思半导体公司多年来一直在开发小型FPGA的独特功能，并围绕这些功能建立了年收入约5亿美元的业务。最近，该公司推出了小型FPGA架构的第二代版本。全新莱迪思Nexus™ 2平台采用16nm TSMC FinFET工艺，具有较小工艺节点带来的若干重要优势。特别是，与其他供应商的竞品相比，基于Nexus 2的芯片能够以最佳的功率和更高的速度运行，而且物理尺寸更小。

此外，莱迪思还在Nexus 2平台中集成了更多更快的连接方案和增强的安全标准支持。在连接性方面，Nexus 2通过集成PCIe Gen 4控制器支持多协议16G SERDES，MIPI D和C-PHY速度高达7.98 Gbps。该平台还支持使用高速LPDDR4存储，从而实现更快的整体系统性能。

在安全性方面，Nexus 2支持256位AES-GCM和SHA3-512标准，并符合FIPS 140-3 Level 2标准，所有这些都意味着采用该芯片的设备可以在敏感和关键任务环境中拥有更强的安全性。此外，由于此类FPGA通常用于寿命较长的设备中，因此Nexus 2平台已为后量子时代做好准备，大大减轻了系统设计人员的压力，因为他们知道这些设备甚至可以应对未来潜在的安全挑战。

Nexus 2平台的首款器件是莱迪思Certus™-N2系列通用FPGA，目前莱迪思的许多客户都已收到样片。此外，莱迪思还升级了莱迪思Propel和莱迪思Radiant设计软件工具，以支持这些新的芯片，便于系统设计人员就根据他们的特定需求进行定制。

在这些新功能加持下，Certus-N2芯片将能够在现有应用中提供更高的性能，为新应用提供一系列机遇。例如，在实际应用中，功耗比同类产品最高降低3倍，这意味着新器件功耗更低、运行更可靠，而且在电池供电的环境中，运行时间更长。

新平台的性能提升体现在多个方面。首先，SERDES、DRAM、闪存和PCI之间更快的带宽连接使系统能够更高效地工作，并与更高数据速率的外设连接。这也是Nexus 2 FPGA的启动速度比某些竞品快得多（高达20倍）的关键原因。

由于FPGA通常在传感器和计算之间扮演中间人的角色，并在更大的系统中提供互连点，因此这些新功能为新应用创造了机会。例如，在采用分区架构的现代汽车设计中，这些分区之间需要快速、可靠的互连。此外，当汽车行驶时，Certus-N2几乎可以瞬间唤醒，在响应外部触发数据方面可发挥巨大作用。在使用高速电机控制机器人的环境中（如制造业），类似的应用也成为可能。

Nexus 2的其他主要架构优势包括：可定制逻辑单元的数量是第一代Nexus器件的2倍，DSP核心的数量是第一代的3倍多，最多可达520个。这些功能加在一起可以运行更先进的算法，为提高边缘推理应用（如人或物体存在检测、图像或音频识别等）的准确性和速度提供了可能。

虽然这些应用可能不像当今最新GPU那样广受关注，但小型FPGA所处理任务的关键性质使其成为当今众多设备中绝对不可或缺的一部分。控制启动过程、将传感器连接到计算中心、运行时间敏感的专用算法，以及更多小型FPGA能够实现的功能，都是先进系统运行的核心。

随着当今先进设备不断使用各类高级功能，对支持这些基本操作的芯片的要求也在不断提高。因此，提升Nexus系列小型FPGA的性能，是为下一代先进系统提供动力的重要一步，也是影响深远的一步。

作者简介：

Bob O’Donnell是市场研究公司TECHnalysis Research的总裁兼首席分析师，该公司为技术行业和专业金融领域提供战略咨询和市场研究服务。