解密業(yè)界首款16nm產品核心技術

引言

以賽靈思 20nm UltraScale 系列的成功為基礎，賽靈思現(xiàn)又推出了全新的 16nm UltraScale+ 系列 FPGA、3D IC 和 MPSoC，憑借新型存儲器、3D-on-3D 和多處理SoC（MPSoC）技術，再次領先一代提供了遙遙領先的價值優(yōu)勢。此外，為了實現(xiàn)更高的性能和集成度，UltraScale+ 系列還采用了全新的互聯(lián)優(yōu)化技術——SmartConnect。這些新的器件進一步擴展了賽靈思的 UltraScale 產品系列（現(xiàn)在從 20nm 跨越至 16nm FPGA、SoC 和 3D IC 器件），同時利用臺積公司的 16FF+ FinFET 3D 晶體管技術大幅提升了性能功耗比。 因為該系列是基于業(yè)經(jīng)驗證的 20nm UltraScale 架構、Vivado 設計工具以及全球第一大服務代工廠臺積公司的 16nmFF+ 技術而打造的，所以賽靈思為行業(yè)所提供的是具有最低風險和最大價值的 FinFET 可編程技術。

通過系統(tǒng)級的優(yōu)化，UltraScale+ 所提供的價值遠遠超過了傳統(tǒng)工藝節(jié)點移植所帶來的價值，系統(tǒng)級性能功耗比相比28nm 器件提升了2 至5 倍，還實現(xiàn)了遙遙領先的系統(tǒng)集成度和智能化，以及最高級別的保密性和安全性。

新擴展的賽靈思UltraScale+ FPGA 產品組合包含賽靈思市場領先的Kintex UltraScale+ FPGA、Virtex UltraScale+ FPGA 以及3D IC 系列，而Zynq UltraScale+ 系列則包含業(yè)界首款全可編程MPSoC。憑借該產品組合，賽靈思能滿足各種下一代應用需求，包括LTE Advanced 與早期5G無線、Tb 級有線通信、汽車駕駛員輔助系統(tǒng)以及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應用等。

UltraScale+ FPGA 和3D IC

賽靈思選用了業(yè)界性能最高的 16nm FinFET+ 技術，并與全球首屈一指的服務代工廠臺積公司（TSMC）攜手合作，臺積公司預計2015 年有50 項16nmFF+ 客戶芯片將完成流片。采用FinFET，單就平面提升而言，UltraScale+ FPGA 系統(tǒng)的系統(tǒng)級性能功耗比就能提高2倍。

UltraScale+ 產品可解決高強度處理任務中最大的瓶頸問題：存儲器接口問題。這些新型存儲器增強型可編程器件包涵UltraRAM，容量高達432Mb。UltraRAM 可提供最佳系統(tǒng)功耗、靈活性和可預見的性能，同時能取代外部存儲器，從而降低系統(tǒng)材料清單（BOM）總成本。采用UltraRAM，不僅能讓典型設計的系統(tǒng)級性能功耗比提升至少25%，而且還能大幅提升存儲器密集型設計的性能、顯著降低功耗及材料清單（BOM）成本。

賽靈思專門針對FPGA 開發(fā)了一項基于工具的互聯(lián)優(yōu)化技術SmartConnect。這項技術能夠根據(jù)特定設計的吞吐量、時延和面積要求自動優(yōu)化互聯(lián)，同時提供最佳性能功耗比，從而解決系統(tǒng)級IP互聯(lián)瓶頸。SmartConnect 還能智能連接不同接口類型，根據(jù)特定應用要求匹配合適的互聯(lián)方案。僅憑這項技術就能提升系統(tǒng)級性能功耗比和縮減面積20% 到30%。

高端UltraScale+ 系列集合了3D 晶體管和賽靈思第三代3D IC 的組合功耗優(yōu)勢。正如FinFET 相比平面晶體管實現(xiàn)性能功耗比非線性提升一樣，3D IC 相比單芯片器件也能實現(xiàn)系統(tǒng)集成度和帶寬功耗比的非線性提升。

Zynq UltraScale+ MPSoC

賽靈思正在推出異構MPSoC 領域又一項業(yè)界首創(chuàng)技術，那就是全可編程UltraScale MPSoC 架構。UltraScale MPSoC 架構通過虛擬化支持可提供32 位到64 位的處理器可擴展性；軟和硬引擎的結合可實現(xiàn)實時控制、圖形/ 視頻處理，把波形和包處理與新一代互聯(lián)和存儲器、高級電源管理及其他技術增強功能相結合，能實現(xiàn)多種不同級別的保密性、安全性和可靠性。這些新架構元素結合Vivado ? 設計套件和抽象設計環(huán)境，不僅能顯著簡化編程工作，而且還可大幅提高生產力。

全新的Zynq UltraScale+ MPSoC 通過部署上述所有UltraScale+ FPGA 技術，不僅能實現(xiàn)前所未有的異構多處理，而且還能夠實現(xiàn)“為合適任務提供合適引擎”。這些新器件相對于此前解決方案可將系統(tǒng)級性能功耗比提升約5 倍。位于處理子系統(tǒng)中心的是64 位四核ARM Cortex-A53處理器，能實現(xiàn)硬件虛擬化和非對稱處理，并全面支持ARM TrustZone。

處理子系統(tǒng)還包括支持確定性操作（determinisTIc operaTIon）的雙核ARM Cortex-R5 實時處理器，從而可確保實時響應、高吞吐量和低時延，實現(xiàn)最高級別的安全性和可靠性。單獨的安全單元可實現(xiàn)軍事級的安全解決方案，諸如安全啟動、密鑰與庫管理和防破壞功能等，這都是設備間通信以及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的標準需求。

為實現(xiàn)全面的圖形加速和視頻壓縮/ 解壓縮功能，這一新的器件集成了ARM Mali TM-400MP 專用圖形處理器和H.265 視頻編解碼器單元，同時還支持Displayport、MIPI D-PHY 和HDMI。最后，該新器件還添加專用平臺和電源管理單元（PMU），其可支持系統(tǒng)監(jiān)控、系統(tǒng)管理以及每個處理引擎的動態(tài)電源門控。

結論

最新16nm UltraScale+ 系列FPGA、3D IC 和MPSoC 憑借新型存儲器、3D-on-3D 和多處理SoC（MPSoC）技術，再次實現(xiàn)了領先一代的價值優(yōu)勢。因為該系列是基于業(yè)經(jīng)驗證的 20nm UltraScale 架構、Vivado? 設計工具以及全球第一大服務代工廠臺積公司的 16nmFF+ 技術而打造的，所以賽靈思為行業(yè)所提供的是具有最低風險和最大價值的 FinFET 可編程技術。