《電子技術(shù)應(yīng)用》
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eFPGA的優(yōu)勢(shì)解讀!

2020-08-04
來(lái)源:半導(dǎo)體行業(yè)觀察
關(guān)鍵詞: Menta 半導(dǎo)體IP FPGA

  Menta當(dāng)前提供什么產(chǎn)品?

  Menta是半導(dǎo)體IP提供商。我們是歐洲唯一經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的可嵌入客戶(hù)SoC和ASIC中的可編程邏輯提供商。這種可編程邏輯采用嵌入式FPGA IP的形式。因此,我們?yōu)榭蛻?hù)提供了將其SoC的一小部分作為低功耗FPGA的可能性,可以由他們或客戶(hù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編程。如今算法和需求變化比SoC設(shè)計(jì)周期快得多,Menta的eFPGA相當(dāng)于為芯片設(shè)計(jì)加層“保險(xiǎn)”。

  那么,Menta的eFPGA IP本質(zhì)上是FPGA的核心架構(gòu)嗎?

  這樣總結(jié)確實(shí)是很誘人的。但是,這并不能準(zhǔn)確地反映出完整的現(xiàn)實(shí)——我們?cè)贛enta成立的初期發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)很困難。

  當(dāng)我們從eFPGA IP的第1版開(kāi)始時(shí),我們就以“獨(dú)立的FPGA模式”進(jìn)行了設(shè)計(jì)。實(shí)際上,我們的eFPGA IP與當(dāng)時(shí)FPGA供應(yīng)商提供的核心架構(gòu)在概念上沒(méi)有什么區(qū)別。我們以此核心架構(gòu)發(fā)布了Menta eFPGA IP的第一代和第二代,并在2011年發(fā)布了基于MRAM內(nèi)核架構(gòu)的FPGA,這雖然是世界第一,但仍然是FPGA的模式。

  這些產(chǎn)品為我們提供了良好的市場(chǎng)知名度和前景,同時(shí)也給我們帶來(lái)了新的訂單。但是,就在PPT演講的興奮感過(guò)去后,我們發(fā)現(xiàn)潛在客戶(hù)的熱情正在迅速消退——最初我們并不理解背后的原因。

  2014年,當(dāng)面臨日本市場(chǎng)的廣闊前景時(shí),我們經(jīng)歷了艱辛的歷程。在與日本的客戶(hù)技術(shù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行深入交流時(shí),他們的ASIC工程師提出了許多有關(guān)集成、仿真、驗(yàn)證、成品率和最終測(cè)試等問(wèn)題。這些都不是我們要克服的主要障礙,但是對(duì)于那些工程師來(lái)說(shuō),這意味著額外的風(fēng)險(xiǎn)、成本和集成時(shí)間。我們最終失去了該客戶(hù),由于類(lèi)似的原因,此后又失去了許多其他客戶(hù)。

  當(dāng)我投資Menta并決定領(lǐng)導(dǎo)該公司時(shí),我們重新開(kāi)始并改變思維模式。我們的客戶(hù)是SoC和ASIC設(shè)計(jì)人員——因此,我們聘請(qǐng)SoC和ASIC設(shè)計(jì)人員來(lái)深入了解并分析他們的產(chǎn)品期望,以及在采用IP方面遇到的基本障礙。

  我們FPGA專(zhuān)家與ASIC設(shè)計(jì)專(zhuān)家的合作催生了Menta新一代的獨(dú)特eFPGA IP(于2015年發(fā)布的第三代),它誕生于ASIC IP的模式,為客戶(hù)提供了從概念階段到生產(chǎn)的完整過(guò)程。不久之后,我們獲得了第一位客戶(hù)——美國(guó)頂級(jí)航空航天與國(guó)防公司。

  此后Menta發(fā)展迅速,我們現(xiàn)在銷(xiāo)售的是2018年發(fā)布的第五代 eFPGA IP。我們一直保留獨(dú)特模式,但每次迭代后PPA都有很大的提高。

  Menta的獨(dú)特性是什么?

  就像我說(shuō)的那樣,Menta eFPGA IP被設(shè)計(jì)為集成到ASIC或SoC中——因此,我們的主要目標(biāo)是使客戶(hù)從設(shè)計(jì)到全面生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程沒(méi)有任何顧慮和風(fēng)險(xiǎn)。

  首先,我們不想向客戶(hù)指定要使用的代工廠、工藝節(jié)點(diǎn)、接口或EDA設(shè)計(jì)流程。當(dāng)然,越早做出集成eFPGA IP的決定,則可以從該集成中獲得更多的收益。但是,由于我們的方法有極高的靈活性,因此,Menta eFPGA IP仍可以在設(shè)計(jì)過(guò)程的后期中集成。

  就靈活性而言,更具體來(lái)說(shuō),我們的eFPGA IP完全基于由代工廠、客戶(hù)或第三方提供的標(biāo)準(zhǔn)單元——不需要特殊定制單元即可使用我們的IP。即使對(duì)于比特流存儲(chǔ),我們也使用DFF來(lái)實(shí)現(xiàn)極高的可移植性——而大多數(shù)其他解決方案將需要定制的SRAM比特單元設(shè)計(jì),這限制了他們對(duì)代工廠或工藝的選擇。我們不需要任何特定的庫(kù),工藝流程或金屬疊層(metal stack)即可讓我們的用戶(hù)部署我們的IP。附帶說(shuō)明一下,與SRAM基本設(shè)計(jì)相比,DFF還使我們的設(shè)計(jì)具有更強(qiáng)的可抗輻照加固能力——這是在汽車(chē)制造、航天和國(guó)防領(lǐng)域的重要參考因素。

  Menta的eFPGA IP的接口也有相同的獨(dú)特——這些都是我們外部的模塊。與IP的連接和通訊就像連接一個(gè)內(nèi)存模塊一樣簡(jiǎn)單。

  出于相同的原因,我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)掃描鏈DfT并申請(qǐng)了專(zhuān)利,使我們的客戶(hù)可以在每個(gè)階段結(jié)合自己的EDA工具鏈進(jìn)行驗(yàn)證和仿真,就像其他的IP數(shù)據(jù)一樣。這使我們意識(shí)到,我們的eFPGA IP不會(huì)在客戶(hù)的設(shè)計(jì)中引入任何良率或可靠性問(wèn)題。

  最后,由于我們有客戶(hù)做的是ASIC設(shè)計(jì)——代表“特定應(yīng)用芯片”。因此,我們使IP完全“設(shè)計(jì)自適應(yīng)”,甚至“應(yīng)用自適應(yīng)”,隨著我們客戶(hù)的需求而發(fā)展。如需要新的AI算法,則可以對(duì)其進(jìn)行編程,而不是將其固化到硬件中。

  如果有關(guān)于驗(yàn)證,模擬,信任等環(huán)節(jié)的具體需求,我還可以結(jié)合著談到Menta eFPGA IP更多獨(dú)特性。

  我們可以肯定的是,提供優(yōu)秀的eFPGA IP不僅僅在于查找表的物理密度。對(duì)于給定的RTL設(shè)計(jì),還有很多其他因素會(huì)影響芯片面積,包括DSPs、是否可以將存儲(chǔ)集成在IP本身,讀/寫(xiě)電路,測(cè)試電路等。從整體上看,在滿足設(shè)計(jì)靈活性的基礎(chǔ)上,我們的客戶(hù)對(duì)硅片面積的大小也甚為滿意。

  Menta軟件如何?

  我們的客戶(hù)不想為他們的用戶(hù)增加任何復(fù)雜性。如果他們必須購(gòu)買(mǎi)第三方軟件來(lái)對(duì)芯片進(jìn)行編程,則不可避免用戶(hù)會(huì)產(chǎn)生額外的分歧和成本。

  因此,我們很早就做出了正確的戰(zhàn)略決策,開(kāi)發(fā)和交付eFPGA IP的完整設(shè)計(jì)環(huán)境——獨(dú)立自主的 Origami編程平臺(tái),可供所有客戶(hù)使用。我們還通過(guò)集成Verific HDL解析器來(lái)確保與客戶(hù)現(xiàn)有的RTL代碼兼容。FPGA工程師只需幾個(gè)小時(shí)即可掌握我們的設(shè)計(jì)流程,并輕松地將其現(xiàn)有RTL移至Menta eFPGA IP。這就是我們的客戶(hù)通常在芯片設(shè)計(jì)之前評(píng)估我們的IP和實(shí)際使用時(shí)的設(shè)計(jì)流程,這是我們持續(xù)成功的基石,并順利取得了越來(lái)越多的設(shè)計(jì)案例。

  將Menta eFPGA IP移植到指定工藝需要花費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間?

  得益于我們獨(dú)特的基于純標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)設(shè)計(jì)技術(shù)、IP的可移植性以及設(shè)計(jì)流程,我們只需1到6個(gè)月即可將eFPGA IP部署到新的工藝節(jié)點(diǎn)中。迄今為止,我們的IP已在4個(gè)不同代工廠的10個(gè)不同節(jié)點(diǎn)上交付——從180nm到6nm, 現(xiàn)在5nm已在規(guī)劃中。由于我們不需要定制標(biāo)準(zhǔn)單元,因此不需要單獨(dú)的測(cè)試芯片或芯片驗(yàn)證。結(jié)果表明,我們所有的交付都是一次成功。

  我們的方法已經(jīng)過(guò)合作伙伴和客戶(hù)的多次實(shí)測(cè)驗(yàn)證,在GLOBAL FOUNDRIES的32SOI和12LP得到硅驗(yàn)證,并且是22FDX'celerator合作伙伴計(jì)劃的成員。希望您看到我們?cè)谫|(zhì)量和可移植性方面的專(zhuān)注。

  當(dāng)人們可以購(gòu)買(mǎi)獨(dú)立的FPGA時(shí)為何使用eFPGA IP?

  對(duì)于那些需要大量可編程邏輯資源的小批量、高價(jià)值應(yīng)用,F(xiàn)PGA發(fā)揮了出色的作用——我們這里說(shuō)的是數(shù)百萬(wàn)個(gè)LUT。例如,在數(shù)據(jù)中心中,獨(dú)立FPGA解決方案中的AI工作負(fù)載正在對(duì)GPU造成巨大的沖擊。

  然而,當(dāng)涉及到邊緣應(yīng)用的工作負(fù)載,成本和低功耗成為首要考慮因素,獨(dú)立FPGA解決方案沒(méi)有太大意義——原型設(shè)計(jì)除外。在這些市場(chǎng)中,ASIC和SoC才是將來(lái)的真正贏家。

  但是,正如我之前說(shuō)的,在算法IP迅速變化的應(yīng)用中,將其固化到ASIC的門(mén)中是非常具有挑戰(zhàn)的?;蛟S,芯片可能會(huì)在上市時(shí)未發(fā)先敗。這是我們?cè)诓粩嘧兓腁I/ML,計(jì)算存儲(chǔ),5G和加密中看到的趨勢(shì)。

  eFPGA的亮點(diǎn)由此得以顯現(xiàn)——對(duì)于快速變化的算法,您可以分配大約20%的芯片面積,確保您如果需要使用其他算法,也可以將其編程到ASIC中,即使在流片后也無(wú)妨。的確,您的芯片會(huì)稍大一些(與固化的門(mén)級(jí)電路相比),但是多出的小小“保險(xiǎn)費(fèi)”對(duì)于使您的芯片適應(yīng)未來(lái)的需求是值得的。

  我們還在客戶(hù)中看到了另一種現(xiàn)象——可配置性。在使用eFPGA之前,一些客戶(hù)可能會(huì)擁有數(shù)百種功能稍有不同的不同芯片?,F(xiàn)在,借助小規(guī)模的eFPGA,他們可以擁有一個(gè)裸片,由此可以生產(chǎn)100個(gè)不同的SKU,而沒(méi)有庫(kù)存風(fēng)險(xiǎn)。這對(duì)他們來(lái)說(shuō)是無(wú)價(jià)的。

  最后,特別是在加密技術(shù)中,eFPGA可以提升安全性。如果加密被“硬連接”到門(mén)中,則始終可以進(jìn)行逆向工程操作。如果僅在運(yùn)行時(shí)將其加載到ASIC中(您可以使用eFPGA來(lái)完成),則進(jìn)行逆向工程操作將變得更加困難。

  總而言之,我們現(xiàn)在看到無(wú)數(shù)的新用例,正展開(kāi)我們始料未及的廣闊前景。

  自上次我們交談以來(lái)有什么新變化?

  已經(jīng)有一段時(shí)間了,因此實(shí)際上有很多更新。首先,我們發(fā)布了Menta第五代eFPGA IP,PPA方面有顯著提升。其次,我們引入了新功能,特別是以完全自動(dòng)化和透明的方式在IP中進(jìn)行存儲(chǔ)配置,以及具有一些已獲專(zhuān)利的突破性功能的新型自適應(yīng)DSP,這些功能已被早期的用戶(hù)所使用。

  在接下來(lái)的幾個(gè)月中,我們將告訴您更多信息。

  您在哪里看到使用了Menta eFPGA IP?

  我們有四個(gè)主要市場(chǎng)領(lǐng)域,早期客戶(hù)來(lái)自于航空航天和國(guó)防領(lǐng)域。我們?cè)谌驌碛卸鄠€(gè)客戶(hù)(歐洲防衛(wèi)局,泰雷茲·阿萊尼亞太空公司)。我們提供可靠的eFPGA IP的能力以及我們擁有的多種抗輻照方案,是我們?cè)诤娇蘸教旌蛧?guó)防領(lǐng)域的獨(dú)到優(yōu)勢(shì)。

  我們?cè)诟咝阅苡?jì)算(EPI)或5G基站(北京崇新通訊)等計(jì)算密集型應(yīng)用中也有客戶(hù)。

  我們因提供低功耗,小面積和低成本小型eFPGA IP,在物聯(lián)網(wǎng)(邊緣應(yīng)用)領(lǐng)域多有建樹(shù)。

  汽車(chē)行業(yè)對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)不斷發(fā)展的細(xì)分市場(chǎng),通常需要更長(zhǎng)的時(shí)間開(kāi)拓用戶(hù),但我們擁有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì),并且最近有機(jī)會(huì)公開(kāi)討論我們與卡爾魯厄斯理工學(xué)院,英飛凌和寶馬的交流合作。

  我看到一些公開(kāi)的合作伙伴關(guān)系——您能告訴我更多嗎?

  我們的目標(biāo)不僅是為客戶(hù)帶來(lái)eFPGA IP,還包括所有附帶IP和工具,以作為Menta eFPGA IP的附加值。為此,我們致力于構(gòu)建一個(gè)激動(dòng)人心的“生態(tài)系統(tǒng)”。

  一些合作伙伴為我們的客戶(hù)開(kāi)放更多的專(zhuān)門(mén)技術(shù),賦能更多應(yīng)用,例如Rambus和Secure IC的安防技術(shù)和加密技術(shù)。

  一些合作伙伴為提供了適用于VHDL / Verilog / 系統(tǒng)Verilog解析的Verific或Mentor Graphics Catapult,使我們的客戶(hù)可以使用SystemC等高級(jí)語(yǔ)言對(duì)eFPGA IP進(jìn)行編程,增加用戶(hù)便捷性。

  更多的合作伙伴中,如Andes提供SoC級(jí)應(yīng)用(如eFPGA IP和CPU組合),以及GLOBALFOUNDRIES,IMEC,Surecore和Synopsys,為我們的客戶(hù)帶來(lái)多樣技術(shù)選擇。

  最后,我們?cè)诮ㄔO(shè)一個(gè)不斷發(fā)展的算法IP供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng),他們可以向我們的客戶(hù)提供其產(chǎn)品,以支持垂直應(yīng)用——從TinyML到安全和加密應(yīng)用,包括如Rambus和Secure——IC等。


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