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嵌入式FPGA:過去、現在及未來

eFPGA的大量應用,宣示著它的時代終於到來。預計在未來的五到十年內下線的晶片中,一大部份都會含有一定程度的eFPGA成份,並暗示著在不遠的將來,eFPGA定將大有前途...

www.eettaiwan.com, Dec. 28, 2021 – 

嵌入式現場可編程邏輯閘陣列(eFPGA)的大量應用,宣示著它的時代終於到來。搭載此技術的晶片被應用在無線基礎設施、人工智慧(AI)、智慧記憶體,甚至是成本敏感微控制器上。它和中央處理器(CPU)與數位訊號處理器(DSP)一樣是系統單晶片(SoC),而且無論是在使用1,000個還是500,000個查找表(LUT)的硬體中,都能動態地重新配置硬體邏輯。

為了更加瞭解這項興崛起中的編程技術,EDN訪問了Flex Logix Technologies的IP業務、行銷及解決方案架構副總裁Andy Jaros。Flex Logix是一家在2014年成立的IP公司,它們標榜能提供高密度FPGA結構,用於促進邏輯可重編程性,讓設計工程師免於繁重業務。

在訪談的一開始,我們向Jaros請教了這項科技的起源。Jaros是半導體產業的老手,職場經驗囊括了安謀(Arm)、摩托羅拉(Motorola)、ARC,以及新思科技(Synopsys)。

發展史︰不算太快

eFPGA的曲折歷程要由1990年代說起。長久以來,半導體業界一直試圖在ASIC中結合LUT以增加其靈活性。但是,它並不像FPGA一樣擁有可靠的工具鏈,因此缺乏工具一直是在晶片中使用eFPGA IP的絆腳石。

Jaros回憶起在這幾十年來,一直都有人宣稱做出了eFPGA結構。他說︰「有些老半導體廠的人說,他們早在二、三十年前就做出來了,但他們建置eFPGA的方式其實佔了很大的空間。」

傳統的FPGA使用的是網格互連(mesh interconnect),且互連在FPGA中佔了80%的空間。Flex Logix共同創辦人王成(Cheng Wang)開發了一種階層式的互連(hierarchal interconnect),所佔空間只需要網格互連的一半。這大大提升了空間及成本效益。身為eFPGA IP的供應商,Flex Logix表示其互連方式可達90%的利用率,而離散式FPGA使用的網格互連只有70%的利用率。

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