可編程 “萬能芯片”FPGA，自80年代中期發(fā)明以來迅速發(fā)展。FPGA可以通過軟件手段更改、配置器件的內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)和邏輯單元，完成既定的設(shè)計(jì)功能。通信、軍工、消費(fèi)電子、汽車、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)是FPGA的主要應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，雖然2013年至2018年增速曾經(jīng)放緩，市場(chǎng)規(guī)模從45.63億美元緩增至63.35億美元，但隨著近來5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字化技術(shù)的更多應(yīng)用，2025年FPGA的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將突破125億美元。

大數(shù)據(jù)分析、人工智能、深度學(xué)習(xí)、實(shí)時(shí)視頻處理等熱門技術(shù)紛紛走向云端，而面對(duì)云端強(qiáng)大的工作負(fù)載，CPU對(duì)高速處理、復(fù)雜計(jì)算的需求已顯乏力，于是各大FPGA廠商在云端展開競(jìng)爭(zhēng)，以應(yīng)對(duì)快速變化的計(jì)算環(huán)境。

然而，面對(duì)各FPGA廠商的激烈廝殺，低功耗FPGA領(lǐng)先供應(yīng)商萊迪思半導(dǎo)體近日在上海研發(fā)中心舉行的新品發(fā)布會(huì)上，另辟蹊徑，推出業(yè)界首款28nm基于FD-SOI的全新低功耗FPGA技術(shù)平臺(tái)萊迪思Nexus以及基于該平臺(tái)的系列產(chǎn)品Crosslink-NX，成功走出一條差異化之路。“作為第三大FPGA廠商，一直以來萊迪思巧妙躲避激烈的競(jìng)爭(zhēng)，以小尺寸、低功耗的產(chǎn)品專注于消費(fèi)電子領(lǐng)域，幫助消費(fèi)類產(chǎn)品創(chuàng)新。但是由于消費(fèi)類產(chǎn)品迭代速度非常快，很多技術(shù)無法復(fù)用，萊迪思需要根據(jù)市場(chǎng)變化不斷調(diào)整產(chǎn)品，而新發(fā)布的Lattice Nexus技術(shù)平臺(tái)是一個(gè)全新的理念，這個(gè)平臺(tái)可以抵抗之前的缺陷，最大程度地復(fù)用萊迪思的創(chuàng)新技術(shù)，降低開發(fā)成本，加速系列產(chǎn)品的更迭”萊迪思半導(dǎo)體亞太區(qū)產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)陳英仁說。

萊迪思半導(dǎo)體亞太區(qū)產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)陳英仁

新平臺(tái)，大作用

全新低功耗FPGA技術(shù)平臺(tái)--萊迪思 Nexus是基于三星的28 nm耗盡型絕緣層上硅（FD-SOI）工藝技術(shù)開發(fā)的，可以為各類應(yīng)用的開發(fā)人員帶來低功耗、高性能的開發(fā)優(yōu)勢(shì)，如物聯(lián)網(wǎng)的AI應(yīng)用、視頻、硬件安全、嵌入式視覺、5G基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)/汽車自動(dòng)化等。不管是解決方案、架構(gòu)還是電路設(shè)計(jì)層面， 萊迪思Nexus具有降低75%功耗以及100倍的可靠性提高的優(yōu)勢(shì)，另外，Nexus還具有高性能助力AI處理、小10倍尺寸的特性。

對(duì)于為什么FD-SOI能給萊迪思Nexus帶來如此大的特性優(yōu)勢(shì)，陳英仁解釋道，在很多應(yīng)用場(chǎng)景中，“高性能”與“低功耗”通常來講是背道而馳的，而28nm FD-SOI的工藝可以在底下來做電壓控制，它可以控制反饋偏壓（Back Bias），這樣就可以有低功耗的設(shè)定或者高性能的設(shè)定，即IC可以根據(jù)設(shè)計(jì)工具設(shè)定為是要低功耗還是要高性能。如果設(shè)定為低功耗，就可以解決很多用電池的應(yīng)用。為了追求便利性的，不僅是消費(fèi)類，工廠端也會(huì)使用機(jī)器人、用電池來處理。所以萊迪思首先要解決一些需要低功耗的應(yīng)用場(chǎng)景，減低功耗的同時(shí)也降低了成本。

此外FD-SOI 在性能上也有優(yōu)化。首先增加了很多記憶體，它非常適合嵌入式視覺的處理、AI推理，或者是一些軟核的處理。另外還可以加速I/O啟動(dòng)，或者是說整體上FPGA啟動(dòng)，同時(shí)I/O的數(shù)據(jù)也增加了。

28nm FD-SOI另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是穩(wěn)定性。“大部分消費(fèi)類產(chǎn)品可能不在乎穩(wěn)定性，出了問題可以重新開機(jī)，但很多應(yīng)用場(chǎng)景不能重新開機(jī)，需要確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，否則很有可能危及生命”陳英仁說道。

28nm FD-SOI工藝?yán)镉幸粋€(gè)非常薄的Buried Oxide，可以把失效降低100倍，也就意味著可靠性增加了100倍，這對(duì)于汽車、工業(yè)、通信、數(shù)據(jù)中心、甚至航空都是非常重要的，尤其是航空、自動(dòng)駕駛這些與人的生命息息相關(guān)的應(yīng)用更是至關(guān)重要。

FD-SOI與bulk CMOS工藝相比，這項(xiàng)技術(shù)的漏電降低了50％。

萊迪思Nexus技術(shù)平臺(tái)還增強(qiáng)了FPGA的并行處理和可重新編程能力，并且擁有網(wǎng)絡(luò)邊緣AI推理和傳感器管理等當(dāng)今技術(shù)趨勢(shì)要求的低功耗高性能特性。還能加快萊迪思今后發(fā)布新產(chǎn)品的速度。此外，萊迪思Nexus技術(shù)平臺(tái)還針對(duì)快速增長(zhǎng)的應(yīng)用提供易于使用的解決方案集合，即使客戶不擅長(zhǎng)FPGA設(shè)計(jì)，也能幫助他們更快地開發(fā)其系統(tǒng)。

新產(chǎn)品 助力嵌入式視覺和AI應(yīng)用

其實(shí)除了專注于消費(fèi)電子，萊迪思在小尺寸低功耗FPGA方面也有著非常高的市場(chǎng)占有率，同時(shí)嵌入式視覺同樣一直是關(guān)注的重點(diǎn)。“當(dāng)其他兩家FPGA廠商沖上云端，專注數(shù)據(jù)中心做非常大顆的FPGA時(shí)，萊迪思會(huì)在中小尺寸FPGA上發(fā)力”陳英仁說。

因此發(fā)布會(huì)上，亮相了首款基于萊迪思Nexus FPGA技術(shù)平臺(tái)的Crosslink系列的全新產(chǎn)品—Crosslink-NX。

CrossLink-NX為開發(fā)人員提供了構(gòu)建通信、計(jì)算、工業(yè)、汽車和消費(fèi)電子系統(tǒng)的創(chuàng)新嵌入式視覺和AI解決方案時(shí)所需的低功耗、小尺寸、可靠性和高性能特性。

5G互連、云端分析、工廠自動(dòng)化和智能家居等技術(shù)趨勢(shì)正推動(dòng)市場(chǎng)對(duì)支持機(jī)器學(xué)習(xí)的嵌入式視覺解決方案的需求。然而，由于基于云端的機(jī)器學(xué)習(xí)會(huì)帶來數(shù)據(jù)延遲、成本和隱私問題，開發(fā)人員需要將更多數(shù)據(jù)處理工作從云端轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)邊緣。但是，這要求OEM廠商使用擁有高性能數(shù)據(jù)處理、以低功耗運(yùn)行且尺寸較小的網(wǎng)絡(luò)邊緣AI/ML推理解決方案。

由于FPGA具有并行處理能力，因此是嵌入式視覺和AI應(yīng)用的絕佳硬件平臺(tái)。這種并行架構(gòu)大大地加快了數(shù)據(jù)推理等特定處理工作的效率。

嵌入式視覺系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。如今的很多系統(tǒng)都使用多個(gè)圖像傳感器、顯示屏和攝像頭。由于網(wǎng)絡(luò)邊緣的設(shè)備具有嚴(yán)格的尺寸和功耗限制，這類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就會(huì)變得更為復(fù)雜。CrossLink-NX FPGA功耗極低、尺寸小、擁有高性能的接口以及強(qiáng)大的軟件和IP庫，僅單顆器件即可快速、輕松地為工業(yè)和汽車客戶開發(fā)各類視頻信號(hào)橋接、聚合和拆分應(yīng)用，節(jié)省了大量的開發(fā)時(shí)間和資源。”

CrossLink-NX系列FPGA的設(shè)計(jì)采用了全新的萊迪思Nexus技術(shù)平臺(tái)，結(jié)合了28 nm FD-SOI制造工藝與Lattice的全新FPGA架構(gòu)，針對(duì)小尺寸、低功耗應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。

與同類FPGA相比，CrossLink-NX不僅在功耗、尺寸、可靠性和性能方面領(lǐng)先，還擁有強(qiáng)大的設(shè)計(jì)軟件、IP和應(yīng)用參考設(shè)計(jì)的支持，這讓開發(fā)人員可以輕松快速地將CrossLink-NX FPGA集成到全新或現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)計(jì)中。

與之前的CrosslinkPlus先比，陳英仁介紹到，CrossLink有37個(gè)I/O、CrossLinkPlus有29個(gè)I/O，CrossLink-NX最多有192個(gè)I/O，也就是說可以接更多的攝像頭或者接更多的屏。D-PHY也從1.5G提升到了2.5G，邏輯單元從7k提升到40k。之前CrossLink是做一些橋接和協(xié)處理，基本上是簡(jiǎn)單的處理，而CrossLink-NX除了橋接之外還可以做更豐富的處理。

CrossLink-NX的主要特性包括：

低功耗——CrossLink-NX基于萊迪思Nexus FPGA技術(shù)平臺(tái)，與同類FPGA相比，功耗降低75％

可靠性高——CrossLink-NX的軟錯(cuò)誤率（SER）比同類FPGA低100多倍，對(duì)于要求運(yùn)行時(shí)絕對(duì)安全可靠的關(guān)鍵應(yīng)用而言，是絕佳的解決方案選項(xiàng)。首款CrossLink-NX器件針對(duì)戶外、工業(yè)和汽車等應(yīng)用的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行了優(yōu)化

性能——CrossLink-NX的下列三個(gè)特性使其性能大幅提升

支持高速I/O——CrossLink-NX FPGA支持各種高速I/O（包括MIPI、PCIe和DDR3存儲(chǔ)器），非常適合嵌入式視覺應(yīng)用

瞬時(shí)啟動(dòng)——某些應(yīng)用不允許系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)，例如工業(yè)馬達(dá)控制。為了滿足這類應(yīng)用需求，CrossLink-NX可以在3毫秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)超快速的I/O配置，在不到15毫秒內(nèi)完成全部器件配置

高內(nèi)存與邏輯比——為了在網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備上高效地支持AI推理，CrossLink-NX平均每個(gè)邏輯單元有170 bit存儲(chǔ)空間，擁有同類產(chǎn)品中最高的存儲(chǔ)與邏輯比，性能是上一代產(chǎn)品的2倍

小尺寸——首款CrossLink-NX器件的尺寸僅為6 x 6 mm，比同類FPGA小十倍之多，能夠更好地支持客戶減小系統(tǒng)尺寸

軟件工具和IP——除了全新的Lattice Radiant 2.0設(shè)計(jì)軟件外，萊迪思還提供了包括MIPI D-PHY、PCIe、SGMII和OpenLDI等接口在內(nèi)的IP核庫，以及常用的嵌入式視覺應(yīng)用演示，例如4：1圖像傳感器聚合

據(jù)陳英仁透露，目前在嵌入式視覺市場(chǎng)，還沒有能與CrossLink-NX競(jìng)爭(zhēng)的同類產(chǎn)品，CrossLink-NX計(jì)劃于2020年上市，目前并已向部分客戶提供器件樣品。