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來源：半導體行業觀察 自1998年推出以來，AMD的Spartan FPGA已經在全球多個行業和市場獲得了如醫療、宇宙探索和科研等領域客戶廣泛的認可，推動了包括日常使用的技術和很多突破性的進展。 在AMD 自適應和嵌入式計算事業部成本優化型芯片營銷高級經理Rob Bauer看來，之所以Spartan FPGA能夠備受推崇，一方面是與公司該系列產品本身所具備的小型化器件尺寸規格、較低的密度和較優化的成本的優勢有著密切的關系；另一方面，市場對于成本優化型FPGA和成本優化型解決方案有著迫切需求，推動AMD在這個領域里不斷投資。 當然，在需求量增加的同時，伴之而來的是不同領域對產品提出的不同考驗。 FPGA正在面臨的考驗 “首先，我們看到對邊緣互聯設備與傳感器方面的需求在持續激增，同時部署也在增加。預計到2028年，物聯網設備的數量將增加一倍以上，這會推動產生對于更高數量I/O的需求、對更通用I/O的需求，以及對于邊緣端安全解決方案的需求。”Rob Bauer舉例說。 其次，對于FPGA而言，首先要面對的就是設計工程人員短缺的問題，因為只有這樣的人才能用FPGA產品幫助打造和設計復雜的系統。根據IBS的預測，全球設計工程師短缺的缺口約為30%，這一短缺不可能在短時間內彌補。 面對這個問題，Rob Bauer表示，現階段要做的就是需要最大限度地提高開發人員的效率。 AMD 自適應和嵌入式計算事業部FPGA成本優化型產品組合產品線經理Romisaa Samhoud則同時指出，對于軟件行業存在幾個挑戰：其一是客戶學習曲線的問題，因為有非常多樣化的供應商和不同的工具；其二，客戶希望希望能夠提高開發人員的工作效率；其三，客戶希望能夠獲得可信賴的結果。 
此外，對于這些邊緣端的應用，因為有持續的需求，所以他們對長效的生命周期和穩定的供應鏈有確切的需求。例如在工業市場，客戶甚至要求產品的生命周期要超過15年。這是因為這些客戶在投產之前可能需要花數年的時間去做研發系統，這樣才能保證他們在后端有比較可靠的投資回報。為了實現這一點，AMD也能夠在長時間內保持產品穩定性。 Rob Bauer總結說，在低成本FPGA方面，AMD擁有幾點優勢： 首先，在工具方面，AMD通過用統一、集成的一套工具使工作人員和公司的客戶在整個設計流程中更高效地完成設計，迅速投產； 其次，公司在產品的質量和可靠性保障方面也有很深厚的積累，加上公司數十億器件發貨量的歷史加持，讓公司能夠不斷地提升產品質量和可靠性； AMD非常專注于供應商和供應的穩定性。公司也有非常成熟穩健的從業歷史，能保證有長效壽命和較長使用周期需求的產品的供給，這也是AMD客戶非常看中的。 Rob Bauer進一步指出，在與競爭對手做必交時，很難通過單個器件去衡量整個系統的成本優勢。因為這同時還涉及到包括器件編程、執行仿真與合成這樣的工作負載所需要的工具的成本。 “但是，我們是非常希望能夠通過Spartan UltraScale+ FPGA系列器件去實現非常具有競爭力的價值組合。”Rob Bauer強調。這也正是公司在最近推出專為成本敏感型邊緣應用打造的AMD Spartan UltraScale+ 系列的原因。 Spartan UltraScale+ 的出擊 據AMD介紹，新推出的AMD Spartan UltraScale+ FPGA 系列是廣泛的 AMD 成本優化型 FPGA 和自適應 SoC 產品組合的最新成員，能為邊緣端各種 I/O 密集型應用提供成本效益與高能效性能。 AMD方面指出，在基于 28 納米及以下制程技術的 FPGA 領域，公司帶來了業界極高的 I/O 邏輯單元比，備多達 572 個 I/O 和高達 3.3 伏的電壓支持，可為邊緣傳感和控制應用實現任意連接。AMD方面強調，新一代的FPGA采用的是經業界驗證的16納米FinFET制程工藝。使其較之上一代的28nm工藝產品能夠實現高達30%的功耗降低。
Romisaa Samhoud則介紹道，首先我們看到Spartan UltraScale+ FPGA系列產品設計更好的促進了接口的連接，特別是在低密度端，可以看到有非常高的I/O和邏輯單元比，同時我們對于I/O的擴展、電路板的管理和膠合邏輯都是非常重要的。
“我們如果拿數據中心的應用來看，下圖就為大家展示了我們有一臺服務器，里面有非常多的元器件，包括CPU、GPU、電源管理和散熱。我們在采用基板管理控制器這樣的能力之外，可以看到這些器件有非常好的對于板上各個元器件統籌的管理，可以確保我們的功耗、散熱和周邊設備能夠按照預想的設計來運行。”Romisaa Samhoud舉例說。 他指出，AMD在高密度端不僅I/O的選擇非常多樣化，這些I/O也具備非常高的靈活性，可以實現任意連接，這對于傳感和一些控制應用來講非常有用。“特別重要的是，像工業機器人這樣的應用，因為機器人上面都有非常多的傳感器、攝像頭、機動馬達和工業網絡，它們需要這些功能去統籌運行。”Romisaa Samhoud強調。
除了采用更先進16納米制程之外，AMD也對如DDR內存和PCIe等相關的互聯IP進行了硬化，能夠將接口功耗降低60%。同時，AMD也增加了該產品的片上內存總數，這主要是因為AMD為其增加了UltraRAM存儲的支持，也有其高達16.3 Gb/s的收發器速度，就能讓邏輯單元更好地運行，進一步實現接口效率提升與降低功耗。 再疊加和對各種封裝的支持（從小至 10x10 毫米），新的FPGA能以超緊湊的占板空間提供高 I/O 密度。廣泛的 AMD FPGA 產品組合也提供了可擴展性，從成本優化型 FPGA 直到中端及高端產品。 “通過16 納米 FinFET 技術和硬化連接，相較于 28 納米 Artix 7 系列，Spartan UltraScale+ 系列預計可降低高達 30% 的功耗。作為首款搭載硬化 LPDDR5 內存控制器和8 個 PCIe Gen4 接口支持的 AMD UltraScale+ FPGA，該系列能為客戶同時提供功率效率與面向未來的功能。”AMD方面強調。 安全也是這款FPGA的另一大亮點。據了解，AMD為該系列FPGA帶來了極為卓越的安全功能。 首先看保護 IP方面，新系列的Spartan UltraScale+ FPGA支持后量子密碼技術并具備獲 NIST 批準的算法，能提供先進的 IP 保護，抵御不斷演進的網絡攻擊和威脅。物理不可克隆功能會為每個器件提供唯一指紋，以提升安全性；其次，通過PPK/SPK 密鑰支持，有助于管理過期或受損安全密鑰。而差異化功率分析則有助于防止側信道攻擊。器件還包含永久性篡改懲罰，以進一步防止誤用。上述種種體現了其防止篡改的能力；最后，增強的單事件干擾性能有助于客戶進行快速、安全配置，并提升可靠性。 除了領先的硬件以外，AMD也為該系列FPGA帶來更好的軟件支持。根據規劃，AMD希望公司的FPGA 和自適應 SoC 全產品組合能夠由 AMD Vivado 設計套件和 Vitis 統一軟件平臺提供支持，使硬件與軟件設計人員能夠通過一款設計人員環境進行從設計到驗證，充分利用這些工具及所包含 IP 的生產力優勢。 “我們最大的優勢就是我們的集成和整合。其他供應商的現狀是非常分散化、碎片化的流程，但是AMD的思路就是把它做到了統一。”Romisaa Samhoud總結說。
最后，AMD方面還強調，公司一貫以來對產品都有長效生命周期的承諾。從下圖可以看到，自2009年開始，AMD就已經推出了五代成本優化型的FPGA系列產品，公司也為客戶提供了非常廣泛的選擇。“我們新一代的產品設計也是計劃支持超過15年的產品生命周期，能夠去支持在工業、醫療等多個行業的應用。”Rob Bauer說。“除此之外，在可行的情況下我們也會跟供應商去合作，進一步拓展我們產品使用周期。”Rob Bauer補充道。
作為FPGA的開拓者，AMD（Xilinx）在過去數十年了已經積累了深厚的經驗，并已經擁有了豐富的FPGA產品組合。如在Spartan UltraScale+系列，AMD就能提供從11,000個邏輯單元到218,000個邏輯單元的從SU10P到SU200P的產品。 “我們最大優勢在于我們產品組合的廣度；我們還擁有從成本優化型到高性能器件的所有選擇；同時，我們還提供經過長期驗證的工具。當然，我們還具備作為一家供應商的長期穩定性。”Rob Bauer說。 這也正是AMD在FPGA市場繼續開疆辟土的底氣。 |
