最近嵌入式FPGA (eFPGA)的概念越來越火了,中國版《電子工程專輯》發現,市場上提供嵌入式FPGA IP的廠商不僅有Achronix、Flex Logix這兩家廠商,還有Adicsys、Efinix、Menta、Quicklogic等多家廠商同樣供貨FPGA IP。

究竟這些廠商提供的嵌入式FPGA IP (eFPGA)廠商提供的產品之間有沒有區別?區別大不大?做IC設計的工程師又應該如何選擇呢?中國版《電子工程專輯》記者日前就此請教了Flex Logix銷售總監簡捷,他作了回答,並提供一份比較表格,提供詳細的闡述。

簡捷表示,目前市場上eFPGA廠商最主要的兩個玩家還是Achronix和Flex Logix。這兩家的eFPGA產品有著非常明顯的區別。

20171109_eFPGA_NT61P1 表1:不同公司的eFPGA在設計規格上有所不同(來源:Flex Logix)

首先,Achronix本身即為客戶提供FPGA硬體晶片,同時供應晶片組和eFPGA IP。Flex Logix是一家專門提供嵌入式FPGA IP的廠商,從經營模式上來看,Flex Logix的客戶非常集中,只有晶片設計公司,使用者是懂FPGA的IC設計工程師。但是Achronix的使用者既有使用FPGA的系統設計工程師,也有採用其eFPGA IP的晶片工程師。因此產品從一開始就會有很大的區別。

20171109_eFPGA_NT61P2 表2:在後段設計上,每一家eFPGA供應商的做法大不相同(來源:Flex Logix)

市場上的FPGA晶片廠商通常每3年發佈新一代FPGA晶片,主要根據晶片製造製程的更新換代週期而定。「所有最新的晶圓廠製程、最早的代工客戶,肯定會是FPGA晶片。因為相較於SoC,FPGA的複雜度相對簡單,生產製造也容易得多,代工廠可以在早期將產品良率拉高。」簡捷告訴《電子工程專輯》記者這個晶片製造業的「潛規則」。

隨著FPGA客戶需要用上不同的DSP/RAM,因此FPGA晶片裡被加入了不同的LUT模組、DSP模組以及RAM模組等。甚至是不同的ARM CPU核心,將FPGA晶片變成了異質的SoC。

在這些FPGA晶片供應商中,Achrnoix選擇同時提供晶片硬體和eFPGA。而Altera、Xilinx和Lattice等公司則按兵不動,繼續留在FPGA晶片市場,不對外提供eFPGA IP。

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Flex Logix最近宣佈成為TSMC IP Alliance成員,這是TSMC在eFPGA IP的唯一成員,已經可用的TSMC製程包括40LP/ULP、28HPM/HPC、16FFC/FF+/12FFC 以及7nm等。

「客戶採用我們的eFPGA IP進行設計,規模範圍從100 LUT至200K LUT,數百到數千的用戶 I/O,可支援任何類型的RAM,以及選擇我們提供的DSP加速器。」簡捷說,Flex Logix提供兩個小核心EFLX 150 Logic\EFLX 150 DSP,Array範圍 150 - 3.7K LUT4s, 和兩種大核心EFLX 4K Logic\EFLX 4K DSP,陣列規模從4K - 200K LUT4s。

大小核心還可以任意組合排列,晶片設計工程師可以在晶片中做靈活的使用和佈線。

支援不同的金屬堆疊,這可以給客戶的晶片設計上帶來非常大的靈活性,而不會讓客戶做重新的金屬層的佈局,去修改GDS檔,做更多的驗證,面臨潛在的設計風險。

簡捷最後對《電子工程專輯》記者解釋說,「隨著我們跟客戶接觸得越多,發掘出來的應用也越來越多。在物聯網(IoT) MCU中,由於這是非常細分化的市場,一顆MCU需要連接不同的感測器,而感測器的介面有很多種,所以客戶需要預留一些可程式設計的模組。在人工智慧(AI)和機器學習也是如此,在儲存控制器領域,市場上的記憶體不斷推出新的標準,控制晶片如何滿足新的存儲標準,他們需要在晶片中也加入可程式設計的模組。無線領域,由於5G標準未最終確定,並且每個市場的標準也不盡相同,在SoC中預留可程式設計的模組,既只增加適當的成本,又保留的晶片的靈活性,還搶到了最早期的市場和客戶。」

隨著新興市場的湧現,以及先進晶片製造製程的成本越來越高,在設計中採用FPGA做原型機是一種通用的做法,同時在設計中加入eFPGA IP模組的新晶片方式,預計在晶圓代工廠的支持下將會不斷湧現。