【原创】莱迪思以新架构新工艺FPGA抢占嵌入式视觉和AI应用

winniewei 提交于 周二, 01/07/2020
【原创】莱迪思以新架构新工艺FPGA抢占嵌入式视觉和AI应用

作者:曾思敏

FPGA经过近30年的发展,已经成为电子系统中不可或缺的一个产品,随着智能化生活的需求加剧,FPGA在信号转换、传感器信号处理、5G、智能工业、智能医疗、汽车电子、人工智能领域得到广泛应用。

在全球FPGA厂商中,赛灵思和Altera(被英特尔收购)占据了近90%的市场,剩下的市场被莱迪思以及一些本土FPGA厂商瓜分,多年来,莱迪思在小容量FPGA领域深耕,它避开了赛灵思和Altera的主要领域主攻消费电子领域,在这个市场莱迪思也获得了近58%的毛利!不过随着本土FPGA崛起,这个市场在被本土FPGA厂商蚕食,对于莱迪思而言,它必须有新的突破。

近日,莱迪思宣布推出全新低功耗FPGA五分11选5平台——Lattice Nexus™。该五分11选5平台旨在为各类应用的开发人员带来低功耗、高性能的开发优势,如物联网的AI应用、视频、硬件安全、嵌入式视觉、5G基础设施和工业/汽车自动化等。无论是在解决方案、架构还是电路设计层面,莱迪思Nexus均展现出创新,不但能大幅降低功耗且提供更高的系统性能。

莱迪思以新架构新工艺FPGA抢占嵌入式视觉和AI应用

Nexus五分11选5平台的创新点

据莱迪思半导体亚太区产品市场总监陈英仁介绍,Lattice Nexus™有四大特点,首先是创新的架构。“我们的一些竞争对手,他们还是在用LUT6,这是十年前的架构,虽然查找表比较宽的时候,同时可以处理更多资料,速度性能会比较好。但当你不是全部都需要那么宽的时候,它就会有一些损耗,效率也不会那么高了,这样导致芯片复杂度高、面积比较大,利用率也不高。“他指出,“我们认为4输入查找表是目前乃至以后产品都可以得心应手应用都架构,因为我们要求的不是最高性能,我们要求的是低功耗、低成本和使用便捷性。6输入其实是把高端产品都低阶复制,但是没有优化,而我们会做很多优化,在I/O、高效率连接、封装、硬核ip上都有优化。这就是我们都专注。”

莱迪思以新架构新工艺FPGA抢占嵌入式视觉和AI应用

据他介绍,莱迪思的Nexus五分11选5平台凭借这个创新架构,能在行业领先的低功耗条件下优化系统性能。例如,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的两倍而功耗减少一半。莱迪思Nexus还使用创新的电路设计为客户提供各类重要功能,包括可编程的功耗与性能优化以及针对瞬时启动应用的快速配置。

其次是新工艺,莱迪思Nexus采用的是基于三星的28 nm耗尽型绝缘层上硅(FD-SOI)工艺五分11选5。与bulk CMOS工艺相比,FD-SOI工艺的漏电降低了50%,这个工艺五分11选5是低功耗产品的首选,很多物联网平台都是采用这个工艺,我们熟悉的瑞芯微、华米、索尼都采用这个工艺实现了优异的低功特性。关于这个工艺介绍,大家可以看看《FD-SOI的低功耗分析》,这个工艺五分11选5目前生态建设已经完备,今明两年会有爆发趋势。

三星 Foundry营销副总裁Ryan Lee表示:“我们很高兴能与莱迪思合作,将28纳米FDS制造工艺的优势引入低功耗FPGA市场。莱迪思将其在FPGA架构设计方面的创新和专长与我们行业领先的差异化代工五分11选5相结合,将在未来几年继续保持在低功耗FPGA领域的领先地位。”

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陈英仁表示28nm FD-SOI的另个优势就是提升了产品的稳定性,“外太空的辐射会造成逻辑门的翻转,造成软失效(SEU),也叫“软错误率(SER),28nm FD-SOI工艺有一个非常薄的深埋氧化层,有助于消除软错误率,这个工艺把这个失效降低100倍!也就是它的可靠性提升了100倍!”他指出,“这对于汽车、工业、通信、数据中心甚至航空应用非常重要尤其是航空、因为它经受的辐射更多其他一些应用如工业,汽车尤其是自动驾驶更需要高可靠性的器件。”

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他表示FD-SOI对于减少芯片面积也有帮助,结合具体产品他做了对比。

Nexus平台产品已经面市!

首款基于莱迪思Nexus™ FPGA五分11选5平台的产品——CrossLink-NX™已经面市!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。

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CrossLink-NX系列FPGA基于Lattice Nexus五分11选5平台,结合了28 nm FD-SOI制造工艺与Lattice的全新FPGA架构,针对小尺寸、低功耗应用进行了优化。

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CrossLink-NX的主要特性包括:

1、低功耗——CrossLink-NX基于莱迪思Nexus FPGA五分11选5平台,与同类FPGA相比,功耗降低75%。

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2、可靠性高——CrossLink-NX的软错误率(SER)比同类FPGA低100多倍,对于要求运行时绝对安全可靠的关键应用而言,是绝佳的解决方案选项。首款CrossLink-NX器件针对户外、工业和汽车等应用的运行环境进行了优化。

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3、高性能——CrossLink-NX的下列三个特性使其性能大幅提升。

3.1 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;

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3.2、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

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3.3、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

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4、小尺寸——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;

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5、软件工具和IP——除了全新的Lattice Radiant 2.0设计软件外,莱迪思还提供了包括MIPI D-PHY、PCIe、SGMII和OpenLDI等接口在内的IP核库,以及常用的嵌入式视觉应用演示,例如4:1图像传感器聚合

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针对嵌入式视觉应用优化

他还将CrossLink-NX™和前不久发布的CrossLinkPlus做了对比。CrossLink有37个I/O、CrossLinkPlus有29个I/O,而CrossLink-NX最多有192个I/O,所以可以接更多的摄象头或者接更多的屏。

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据他介绍,D-PHY的速度从1.5G提升到2.5G,逻辑门数量从7k提升到40k,CrossLink主要做一些桥接跟协处理,而CrossLink-NX除了桥接之外还可以实现更丰富的处理。如视觉处理、AI推理等等。

实际上,CrossLink-NX瞄准的就是嵌入式视觉,“嵌入式视觉发展趋势就是要支持多个传感器或者显示屏,支持更高分辨率、更快帧率、连接MIPI和现有组件、实现低功耗AI处理等,这就要求嵌入式视觉硬件具有低功耗 、小尺寸 、高性能、可靠性好 和易于使用等特点,而CrossLink-NX的推出满足了这些要求。

 

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陈英仁表示在推出CrossLink-NX的同时,莱迪思也推出了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。

Radiant 2.0中提供的新功能升级包括:

1、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。

2、改进的时序分析可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。

3、工程变更单(ECO)编辑器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。

4、同步开关输出(SSO)计算器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。

 

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在FPGA领域,开发工具相当重要,当系统开发人员评估选择硬件平台时,除了评估硬件性能,他们还会评估用于配置硬件的设计软件的易用性和支持的功能,因为这些功能可能会对整体系统开发时间和成本产生重大影响。

陈英仁表示 Lattice Radiant 2.0设计软件为开发人员提供了更符合设计习惯的用户体验;该工具将引导他们完成从设计创建到IP导入,从实现到位流生成,再到将位流下载到FPGA的整个设计流程。几乎没有使用FPGA经验的开发人员能够快速利用Lattice Radiant的自动化功能。对于有经验的FPGA开发人员,如果需要特定的优化,Lattice Radiant 2.0也可以对FPGA设置进行更精细的控制。”

他还透露CrossLink-NX目标市场的30多名客户已经开始试用,首批客户的系统正在开发中。他还确认CrossLink-NX计划于2020年上市。

欲了解更多信息,请访问www.latticesemi.com/zh-CN/CrossLink-NX。

2020年,紫光同创、西安智多晶、安路等本土FPGA公司也将推出基于28nm工艺的新品,各个厂商都在升级工艺 ,谁的性更突出,我们拭目以待!

注:本文为原创文章,转载请注明作者及来源

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