2019年12月12日 | 中端FPGA工艺下探 莱迪思新平台导入了28nm FD-SOI技术

高端FPGA市场有赛灵思和英特尔两条巨龙盘踞，莱迪斯几乎未曾踏入这山头半步，那么是如何成为世界第三大FPGA厂商的呢？

今年，赛灵思和英特尔展开了对“世界最大FPGA”宝座的角逐，分别发布了16nm和14nm的两款FPGA芯片。做最大的FPGA，秀最纯粹的肌肉，这样高的技术壁垒让多少城外想进来的人撞得头破血流。因此，莱迪斯做了一个聪明的决定，只专注在中低端FPGA领域，努力从中端市场获得成长。

打破两个局限性

在过去，莱迪斯的战略有一定的局限性，第一个局限性体现在应用领域方面，莱迪斯几乎只做消费类。第二个局限性则是由于产品研发模式僵硬，导致的技术很难复用。

近年来，5G、机器视觉、自动驾驶等新技术的兴起引起了莱迪斯的重视，莱迪斯开始通过嵌入式视觉系统进军工业领域和汽车领域，因为这两个领域的智能化转型中，会用到更多的摄像头来捕捉信息，也会用到更多的显示屏来实现智能控制。于是，今年10月莱迪斯就推出了CrossLinkPlus FPGA系列产品，适用于采用MIPID-PHY的嵌入式视觉系统。

应用领域的局限性被击破后，莱迪斯还需要对产品研发模式进行升级。过去，莱迪斯的产品研发是根据市场需求一款一款的做，而现在由于市场不明确，产品迭代非常快，莱迪斯最新推出的全新平台化模式将打破这第二个局限性。

据半导体亚太区产品市场部总监陈英仁介绍，莱迪思Nexus平台能够实现低功耗、高可靠性、高性能的芯片设计，基于该平台推出的产品还能够陆续衍生出其他版本。陈英仁表示，Nexus平台是业界首款28nm基于FD-SOI的FPGA平台，该平台优化的DSP模块和更大的片上存储器可实现低功耗高性能的计算，如AI推理算法，并且运行速度是之前莱迪思FPGA的2倍而功耗减少一半。

FD-SOI带来的变化

另外，Nexus平台采用的三星28 nm FD-SOI工艺技术，与bulk CMOS工艺相比漏电降低了50％，符合莱迪思对低功耗技术平台的期望。

谈到使用28 nm FD-SOI工艺的原因，陈英仁还补充道，该工艺可以缓和“高性能”和“低功耗”的冲突，FD-SOI可以做电压的控制，进而控制反馈偏压（Back Bias），实现低功耗或高性能这两种可选的设定。有了三星28 nm FD-SOI工艺，Nexus平台的静态功耗最高可以比竞争对手降低75%。

陈英仁进一步指出，28 nm FD-SOI工艺还能够带来前所未有的稳定性，虽然大多数消费电子对于稳定性要求不高，但涉及到生命安全和航空航天时，稳定性就变得尤为重要。CMOS工艺对于太阳辐射的抗干扰能力较弱，尤其是SRAM制程会关键区域造成很高的“软错误率（SER）”。而28nm FD-SOI工艺有一个非常薄的Buried Oxide，它可以把对对软错误率敏感的关键区域包裹起来，以提高100倍的可靠性，这对于汽车、工业、通信、数据中心和航空航天领域都十分重要。

推新品，降门槛

在Nexus平台上，莱迪斯推出的第一款产品就是CrossLink-NX™。此款全新FPGA为开发人员提供了构建通信、计算、工业、汽车和消费电子系统的创新嵌入式视觉和AI解决方案时所需的低功耗、小尺寸、可靠性和高性能特性。

除了以上提到的Nexus平台带来的100倍可靠性提升，和与同类FPGA相比的75%功耗降低，CrossLink-NX还拥有以下三个特性使其性能大幅提升：

支持高速I/O——CrossLink-NX FPGA支持各种高速I/O（包括MIPI、PCIe和DDR3存储器），非常适合嵌入式视觉应用

瞬时启动——某些应用不允许系统启动时间过长，例如工业马达控制。为了满足这类应用需求，CrossLink-NX可以在3毫秒内实现超快速的I/O配置，在不到15毫秒内完成全部器件配置

高内存与逻辑比——为了在网络边缘设备上高效地支持AI推理，CrossLink-NX平均每个逻辑单元有170 bit存储空间，拥有同类产品中最高的存储与逻辑比，性能是上一代产品的2倍

尺寸方面，首款CrossLink-NX器件的尺寸仅为6 x 6 mm，比同类FPGA小十倍之多，能够更好地支持客户减小系统尺寸。

在平台化模式下，CrossLink-NX拥有NX-17和NX-40两个成员，通过数据对比可以看到，更小的NX-17反而拥有更大的RAM块。陈英仁解释道，由于NX-17的I/O比较少，外接比较不容易，但又需要做一些AI处理。在这种情况下如果外接DDR的话将意味着成本增加和延迟升高，所以莱迪斯给NX-17配置了更大的RAM块。

图片来源: 莱迪思半导体

而对于相对较大的NX-40，它拥有足够的I/O去外接DDR3，一些比较复杂的处理靠内嵌存储器是不够的，如果把大的存储器放到芯片里面又十分昂贵，这时候外接存储器就成了最佳选择，所以能够外接的情况下内置RAM块就不需要太大。

最后，在软件工具和IP方面，为了降低设计门槛，莱迪斯还推出了最新版本的FPGA软件设计工具Lattice Radiant™2.0。除了增加了对新的CrossLink-NX™ FPGA系列之类的更高密度器件的支持之外，更新的设计工具还提供了新的功能，加速和简化了基于莱迪思FPGA的设计开发。

据了解，Radiant 2.0包括片上调试工具，允许用户实时进行错误修复。调试功能使开发人员可以在其代码中插入虚拟开关或LED来确认功能的可行性。该工具还允许用户更改硬核IP的设置以测试不同的工作模式。

Radiant 2.0通过改进的时序分析，能够提供更准确的走线和布线规划以及时钟时序，从而避免设计拥塞和散热问题。Radiant 2.0中的工程变更单（ECO）编辑器还能够使开发人员可以对完成的设计进行增量更改，而无需重新编译整个FPGA数据库。

另外，Radiant 2.0还包含同步开关输出（SSO）计算器，它能够分析单个引脚的信号完整性，以确保其性能不会因靠近另一个引脚而受到影响。

值得一提的是，CrossLink-NX最初计划于2020年上市，但如今莱迪斯提前发布了该产品，并已向部分客户提供了器件样品。

陈英仁告诉集微网记者，产品能够提前推出主要是因为新的领导层给公司带来了新气象，也就是更专注而带来的执行力提升，所谓专注力就是避免被市场上的噪音干扰，不再一味的追逐消费电子市场，而是回归FPGA的本质，去解决一些依然存在的疑难杂症，去满足那些少量多样的应用需求。

“FPGA市场很大，埋头在高端市场竞争的另2家企业似乎已经放弃了中端市场，莱迪斯则会拥抱这一市场，并专注其中，这样才能明确如何才能推出差异化的产品。”陈英仁最后如此说道。