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AMD发布第六代Spartan FPGA系列,重塑IoT时代的I/O密集型应用

2024-03-06 10:35:33 谢宇恒 阅读:
日前,AMD正式发布了其第六代Spartan FPGA产品——Spartan UltraScale+ FPGA系列,该产品系列能为边缘端各种I/O密集型应用提供成本效益与高能效性能,在基于28纳米及以下制程技术的FPGA领域带来业界极高的I/O逻辑单元比,较之前代产品可带来高达30%的总功耗下降···

随着物联网(IoT)时代的来临,边缘互联设备方面的需求正在持续激增,同时部署也在不断增加。预计到2028年,物联网设备的数量将增加一倍以上,这会推动产生对于更高数量I/O的需求、对更通用I/O的需求,以及对于边缘端安全解决方案的需求。除此以外,在工业和医疗等领域,高效、稳定、成本更低的FPGA产品仍然是许多企业的首要需求。因此,纵观整个市场板块,成本优化型FPGA和成本优化型解决方案拥有着非常广阔的市场前景。mPTednc

AMD的Spartan FPGA首发于1998年,到现在已经具有了非常普及的应用场景。例如在医疗行业,有自动除颤器和手术机器人等;在宇宙探索方面,曾被用于打造火星探测器;对于一些基本物理定律开展的科研活动,如欧洲核子研究组织粒子加速器,Spartan FPGA也被应用于其中。因此,可以说Spartan FPGA产品不仅推动了许多我们日常所使用技术的进步,也推动了很多突破性的进展。mPTednc

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日前,AMD正式发布了其第六代Spartan FPGA产品——Spartan UltraScale+ FPGA系列,该产品系列能为边缘端各种I/O密集型应用提供成本效益与高能效性能,在基于28纳米及以下制程技术的FPGA领域带来业界极高的I/O逻辑单元比,较之前代产品可带来高达30%的总功耗下降 ,同时还涵盖AMD成本优化型产品组合中最为强大的安全功能集。mPTednc

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极高的I/O密度

Spartan UltraScale+ FPGA系列增加了更多面向未来的功能,例如更灵活、数量更多的I/O接口,对于成本敏感型客户来说这是一种非常重要的功能。该系列产品提供了三种不同类型的I/O,数量多达572个,支持3.3V电压,并可支持MIPI D-PHY协议,实现3.2 G MIPI D-PHY。mPTednc

更高的I/O密度,也就意味着更高的I/O逻辑单元比,Spartan UltraScale+ FPGA系列与AMD Artix 7相比,I/O逻辑单元比为2.4倍,与AMD Spartan 7相比,I/O逻辑单元比为3.5倍,同时该系列产品还针对边缘端进行了优化,具有更高的连接性和灵活性,与AMD Artix 7相比,收发器带宽为2.5倍,与AMD Spartan 7/AMD Artix 7相比,MIPI带宽为4倍。而这些特性对于I/O密集型应用来讲非常重要,可以让设计人员在更小的器件上实现更多的功能,同时能够降低总成本、占地的面积、体积,还有功耗。mPTednc

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以数据中心为例,一台服务器中有着非常多的元器件,包括CPU、GPU、电源管理和散热,使用该系列产品进行控制,可以非常好的对板上各个元器件进行统筹管理,确保功耗、散热和周边设备能够按照预想的设计来运行。而对于传感和一些控制应用来讲,像是工业机器人,具有非常多的传感器、摄像头、机动马达和工业网络,它们非常需要高密度且灵活的I/O去统筹运行。mPTednc

更低的功耗

Spartan UltraScale+ FPGA系列产品采用了非常成熟的16纳米FinFET制程工艺,与上一代28纳米的器件相比,可实现30%的功耗降低,数字信号处理能力速度可达384个DSP48E2块。除了采用更先进16纳米制程之外,AMD还对相关的互联IP进行了硬化,例如DDR内存和PCIe,这能让逻辑单元更好地运行,进一步实现接口效率提升与功耗降低,对于集成硬化IP的大型器件来讲,接口功耗可降低60%。mPTednc

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同时,AMD在整个互联工艺效能方面也进行了提升,架构性能的提升高达1.9倍,这能让设计人员在运行他们设计的同时拥有更高的时钟频率,从而节约相关资源,让他们的设计可以在更小型的卡和器件上开展。mPTednc

先进的安全功能

随着物联网的飞速扩张,边缘端的安全保障变得越来越重要,而Spartan UltraScale+ FPGA系列提供了AMD成本优化型FPGA产品组合中最多的安全功能:mPTednc

  • 保护 IP:支持后量子密码技术(PQC)并具备获 NIST 批准的算法,能提供先进的 IP 保护,抵御不断演进的网络攻击和威胁。物理不可克隆功能会为每个器件提供唯一指纹,以提升安全性。
  • 防止篡改:PPK/SPK 密钥支持有助于管理过期或受损安全密钥,而差异化功率分析则有助于防止侧信道攻击。器件包含永久性篡改惩罚,以进一步防止误用。
  • 最大限度延长正常运行时间:增强的单事件干扰性能有助于客户进行快速、安全配置,并提升可靠性。

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高效开发——AMD VIVADO设计工具

更先进的产品,也需要更多的专业人才来进行开发适配,所以伴随着终端应用不断扩张的需求,不仅仅会对硬件性能提出更高的要求,相关开发人员也会产生更大的缺口。根据IBS的预测,全球设计工程师短缺的缺口约为30%,这一短缺不可能在短时间内弥补,所以在现阶段更加需要的是最大限度地提高开发人员的效率,针对这一点,高效的配套开发工具必不可少。mPTednc

2012年,AMD就推出了Vivado设计套件,该套工具可以覆盖整个产品组合,不管是小型的Spartan UltraScale+ FPGA,还是非常大型的Versal Premium FPGA,都可以使用同一套工具进行开发。同时,同一套工具就可以覆盖整个设计的全生命周期,从一开始的仿真到后期的合成,然后到固件,都可以采用同一套工具来设计。mPTednc

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传统的FPGA产品开发需要开发人员学习所有第三方不同的工具,包括用于仿真、合成,以及后续使用FPGA供应商方面的资料。但就Spartan UltraScale+ FPGA系列来讲,只需对Vivado这一款工具进行学习,就能够快速实现端到端的设计,并且对于该套工具的学习还可以运用在不同的产品中,这可以大大降低开发人员的学习成本,提升开发效率。mPTednc

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总结

除了在I/O、功耗、安全方面的全新特性,Spartan UltraScale+ FPGA系列产品的设计计划支持超过15年的产品生命周期,能够支持在工业、医疗等多个行业的应用。同时,Spartan UltraScale+ FPGA整个产品系列器件密度范围非常广,支持从11,000个逻辑单元(SU10P)到218,000个逻辑单元(SU200P)。目前,全面的产品目录已经发布,相关的评估套件和芯片的样片预计在2025年上半年提供。mPTednc

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责编:Ricardo
谢宇恒
原机加工行业工程师,现Aspencore编辑,专注电子,关注未来。
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