eFPGA技术非常通用，其工作原理类似于现成的FPGA芯片，为ASIC和SoC设计带来逻辑可重新配置性。

嵌入式FPGA（eFPGA）的时代终于到来了，这一点从其在服务于无线基础设施、人工智能（AI）、智能存储甚至成本敏感微控制器的芯片方面的影响力可见一斑。作为片上系统（SoC）子系统，就像CPU或DSP一样，它动态地重新配置硬件逻辑，大小从1000到500000个查找表（LUT）不等。


对于这种新兴的可编程技术的有利位置，电子数据网络与Flex Logix Technologies的IP销售、营销和解决方案架构副总裁Andy Jaros进行了交谈。Flex Logix成立于2014年，是一家IP公司，声称提供高密度FPGA结构，以促进逻辑可重新配置，而无需设计工程师进行艰巨的工作。


我们首先向Jaros询问了这项技术的起源。Jaros是一位半导体行业的资深人士，其职业生涯涵盖了从Arm和ARC到摩托罗拉和Synopsys的各个领域。


历史：不那么快


eFPGA的概念有着曲折的历史，可以追溯到20世纪90年代。长期以来，半导体领域的人们一直在谈论将LUT集成到ASIC中以获得额外的灵活性。然而，与带有强大工具链的FPGA不同，工具的缺乏是在芯片中实现嵌入式FPGA IP的主要障碍。


Jaros回忆说，几十年来一直有关于eFPGA结构创建的说法。“一些老牌半导体公司的人说，他们在大约20到30年前就这样做了，但他们实现嵌入式FPGA的方式占据了很大的领域。”


传统的FPGA使用网状互连，FPGA中80%的面积由互连占据。Flex Logic联合创始人王成开发了一种分层互连，与网格互连相比，该互连占用了一半的面积。这反过来又带来了显著的面积和成本效益。eFPGA IP供应商还声称通过其互连实现了90%的利用率；另一方面，在离散FPGA中使用网状互连的情况下，我们可以看到近70%的利用率。


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图1:eFPGA可以很容易地针对各种总线大小进行优化。资料来源：Flex Logix公司


现在：生意不错


eFPGA技术非常通用，因为它对各种应用程序的支持范围从非常小的实例到非常大的实例。eFPGA的工作原理类似于现成的FPGA芯片，可以在几天内交付任何大小的阵列。


Jaros表示：“ASIC公司对我们的吸引力越来越大。”。“将FPGA功能集成到ASIC中可以提高性能，降低系统级的功耗和成本。”这使得设计工程师可以根据应用需求完全取消FPGA或使用价格较低的FPGA。


Jaros还指出，传统上使用FPGA的系统公司正开始与ASIC合作伙伴一起探索eFPGA IP。它允许系统房屋停留在中间堆栈的较低级别。此外，尽管市场需求正在迅速变化，但汽车原始设备制造商和一级制造商等系统厂商已经迫不及待地想在一年内添加新功能。“因此，一些RTL的可配置性比10年前更有意义。”


然后，有一些高端MCU开始加入硬件加速器，无论是用于神经网络人工智能处理还是专有代码加速。这些场景通常使用16000到20000个LUT。接下来，Jaros看到了混合信号公司的更多兴趣。Jaros说：“数字方面唯一发生变化的是国家机器。”。“因此，混合信号设计师正在考虑eFPGA，以增加状态机的可配置性，而不必投资于MCU和完整的软件工具流。”


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图2:Flex Logix的eFPGA基于EFLX 4K，这是一个有两个版本的瓦片：全逻辑或大部分逻辑，带有一些乘法累加器（MAC）。来源：Flex Logix


未来：与分立FPGA的竞争


关于eFPGA业务的普遍看法是，它将对独立的FPGA领域构成威胁。然而，英特尔和赛灵思正在开发复杂的产品。Jaros说：“英特尔和赛灵思正在进军更大的FPGA领域，以支持超规模的数据中心，为此，他们正在FPGA周围添加硬件CPU子系统。”。“我不认为eFPGA会影响英特尔和赛灵思，因为他们正在销售具有大量功能的大型、昂贵的FPGA。”


他补充说，eFPGA业务是非常互补的。“我们已经与Xilinx和英特尔的员工进行了交谈，他们根本没有看到任何冲突。”这也是因为对可重新配置性的要求跨越了广泛的行业领域，因此，可能与传统FPGA公司没有太大冲突。


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图3：eFPGA IP供应商认为与传统FPGA公司没有太大冲突。来源：Flex Logix

推动eFPGA业务的另一个因素是希望控制其供应链的公司。他们可能有自己的MCU或ASSP，围绕它们构建软件堆栈。因此，通过添加某种级别的eFPGA可重新配置性，他们可以交换安全算法或专有代码。


eFPGA IP可从多个供应商处获得，虽然这些IP相对更具集成性，但FPGA的密度开始对某些应用有意义。另一件有利于eFPGA的事情是向更小的过程节点移动。Flex Logix在支持从180纳米到5纳米的工艺节点的同时，目前一直致力于3纳米的芯片设计。


Jaros总结道：“我们看到越来越多的人愿意用一点面积来换取可配置性。”。“因此，在未来五到十年内将下线的绝大多数芯片都将具有一定程度的eFPGA内容。”快速发展的标准和独特的人工智能算法支持了这一说法，并支持了eFPGA在不久的将来的承诺。

>>这篇文章最初发表在我们的姐妹网站上，电子数据网络.