AMD推出全新FPGA

自1998年推出以来，AMD的Spartan FPGA已经在全球多个行业和市场获得了如医疗、宇宙探索和科研等领域客户广泛的认可，推动了包括日常使用的技术和很多突破性的进展。
 
在AMD 自适应和嵌入式计算事业部成本优化型芯片营销高级经理Rob Bauer看来，之所以Spartan FPGA能够备受推崇，一方面是与公司该系列产品本身所具备的小型化器件尺寸规格、较低的密度和较优化的成本的优势有着密切的关系；另一方面，市场对于成本优化型FPGA和成本优化型解决方案有着迫切需求，推动AMD在这个领域里不断投资。
 

 
当然，在需求量增加的同时，伴之而来的是不同领域对产品提出的不同考验。
 
FPGA正在面临的考验
 
“首先，我们看到对边缘互联设备与传感器方面的需求在持续激增，同时部署也在增加。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。”Rob Bauer举例说。
 
其次，对于FPGA而言，首先要面对的就是设计工程人员短缺的问题，因为只有这样的人才能用FPGA产品帮助打造和设计复杂的系统。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。
 
面对这个问题，Rob Bauer表示，现阶段要做的就是需要最大限度地提高开发人员的效率。
AMD 自适应和嵌入式计算事业部FPGA成本优化型产品组合产品线经理Romisaa Samhoud则同时指出，对于软件行业存在几个挑战：其一是客户学习曲线的问题，因为有非常多样化的供应商和不同的工具；其二，客户希望希望能够提高开发人员的工作效率；其三，客户希望能够获得可信赖的结果。
 

 
此外，对于这些边缘端的应用，因为有持续的需求，所以他们对长效的生命周期和稳定的供应链有确切的需求。例如在工业市场，客户甚至要求产品的生命周期要超过15年。这是因为这些客户在投产之前可能需要花数年的时间去做研发系统，这样才能保证他们在后端有比较可靠的投资回报。为了实现这一点，AMD也能够在长时间内保持产品稳定性。
 
Rob Bauer总结说，在低成本FPGA方面，AMD拥有几点优势：
 
首先，在工具方面，AMD通过用统一、集成的一套工具使工作人员和公司的客户在整个设计流程中更高效地完成设计，迅速投产；
 
其次，公司在产品的质量和可靠性保障方面也有很深厚的积累，加上公司数十亿器件发货量的历史加持，让公司能够不断地提升产品质量和可靠性；
 

• AMD非常专注于供应商和供应的稳定性。公司也有非常成熟稳健的从业历史，能保证有长效寿命和较长使用周期需求的产品的供给，这也是AMD客户非常看中的。

 
Rob Bauer进一步指出，在与竞争对手做必交时，很难通过单个器件去衡量整个系统的成本优势。因为这同时还涉及到包括器件编程、执行仿真与合成这样的工作负载所需要的工具的成本。
 
“但是，我们是非常希望能够通过Spartan UltraScale+ FPGA系列器件去实现非常具有竞争力的价值组合。”Rob Bauer强调。这也正是公司在最近推出专为成本敏感型边缘应用打造的AMD Spartan UltraScale+ 系列的原因。
 
Spartan UltraScale+ 的出击
 
据AMD介绍，新推出的AMD Spartan UltraScale+ FPGA 系列是广泛的 AMD 成本优化型 FPGA 和自适应 SoC 产品组合的最新成员，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。
 
AMD方面指出，在基于 28 纳米及以下制程技术的 FPGA 领域，公司带来了业界极高的 I/O 逻辑单元比，备多达 572 个 I/O 和高达 3.3 伏的电压支持，可为边缘传感和控制应用实现任意连接。AMD方面强调，新一代的FPGA采用的是经业界验证的16纳米FinFET制程工艺。使其较之上一代的28nm工艺产品能够实现高达30%的功耗降低。
 

 
Romisaa Samhoud则介绍道，首先我们看到Spartan UltraScale+ FPGA系列产品设计更好的促进了接口的连接，特别是在低密度端，可以看到有非常高的I/O和逻辑单元比，同时我们对于I/O的扩展、电路板的管理和胶合逻辑都是非常重要的。
 

 
“我们如果拿数据中心的应用来看，下图就为大家展示了我们有一台服务器，里面有非常多的元器件，包括CPU、GPU、电源管理和散热。我们在采用基板管理控制器这样的能力之外，可以看到这些器件有非常好的对于板上各个元器件统筹的管理，可以确保我们的功耗、散热和周边设备能够按照预想的设计来运行。”Romisaa Samhoud举例说。
 

 
他指出，AMD在高密度端不仅I/O的选择非常多样化，这些I/O也具备非常高的灵活性，可以实现任意连接，这对于传感和一些控制应用来讲非常有用。“特别重要的是，像工业机器人这样的应用，因为机器人上面都有非常多的传感器、摄像头、机动马达和工业网络，它们需要这些功能去统筹运行。”Romisaa Samhoud强调。
 

 
除了采用更先进16纳米制程之外，AMD也对如DDR内存和PCIe等相关的互联IP进行了硬化，能够将接口功耗降低60%。同时，AMD也增加了该产品的片上内存总数，这主要是因为AMD为其增加了UltraRAM存储的支持，也有其高达16.3 Gb/s的收发器速度，就能让逻辑单元更好地运行，进一步实现接口效率提升与降低功耗。
 
再叠加和对各种封装的支持（从小至 10x10 毫米），新的FPGA能以超紧凑的占板空间提供高 I/O 密度。广泛的 AMD FPGA 产品组合也提供了可扩展性，从成本优化型 FPGA 直到中端及高端产品。
 
“通过16 纳米 FinFET 技术和硬化连接，相较于 28 纳米 Artix 7 系列，Spartan UltraScale+ 系列预计可降低高达 30% 的功耗。作为首款搭载硬化 LPDDR5 内存控制器和8 个 PCIe Gen4 接口支持的 AMD UltraScale+ FPGA，该系列能为客户同时提供功率效率与面向未来的功能。”AMD方面强调。
 

 
安全也是这款FPGA的另一大亮点。据了解，AMD为该系列FPGA带来了极为卓越的安全功能。
 
首先看保护 IP方面，新系列的Spartan UltraScale+ FPGA支持后量子密码技术并具备获 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；其次，通过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。器件还包含永久性篡改惩罚，以进一步防止误用。上述种种体现了其防止篡改的能力；最后，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。
 
除了领先的硬件以外，AMD也为该系列FPGA带来更好的软件支持。根据规划，AMD希望公司的FPGA 和自适应 SoC 全产品组合能够由 AMD Vivado 设计套件和 Vitis 统一软件平台提供支持，使硬件与软件设计人员能够通过一款设计人员环境进行从设计到验证，充分利用这些工具及所包含 IP 的生产力优势。
 
“我们最大的优势就是我们的集成和整合。其他供应商的现状是非常分散化、碎片化的流程，但是AMD的思路就是把它做到了统一。”Romisaa Samhoud总结说。
 

 
最后，AMD方面还强调，公司一贯以来对产品都有长效生命周期的承诺。从下图可以看到，自2009年开始，AMD就已经推出了五代成本优化型的FPGA系列产品，公司也为客户提供了非常广泛的选择。“我们新一代的产品设计也是计划支持超过15年的产品生命周期，能够去支持在工业、医疗等多个行业的应用。”Rob Bauer说。“除此之外，在可行的情况下我们也会跟供应商去合作，进一步拓展我们产品使用周期。”Rob Bauer补充道。
 


作为FPGA的开拓者，AMD（Xilinx）在过去数十年了已经积累了深厚的经验，并已经拥有了丰富的FPGA产品组合。如在Spartan UltraScale+系列，AMD就能提供从11,000个逻辑单元到218,000个逻辑单元的从SU10P到SU200P的产品。
 
“我们最大优势在于我们产品组合的广度；我们还拥有从成本优化型到高性能器件的所有选择；同时，我们还提供经过长期验证的工具。当然，我们还具备作为一家供应商的长期稳定性。”Rob Bauer说。
 
这也正是AMD在FPGA市场继续开疆辟土的底气。