Xilinx新春大礼：说好的16nm终于来了！

jiangxianjun

Xilinx在20nm制高点的领先优势尚在蔓延中，新春之际，Xilinx又宣布重磅消息，为产业界送上了大礼包——16nm UltraScale+系列FPGA、3D IC和MPSoC，再次实现了领先一代的价值优势。
新扩展的UltraScale+ FPGA 系列包括Kintex UltraScale+ FPGA和Virtex UltraScale+ FPGA以及3D IC系列，而Zynq UltraScale+系列则包含业界首款全可编程MPSoC。凭借这些产品组合，Xilinx将直面下一代应用的全新挑战，包括LTE Advanced、早期5G无线、Tb级有线通信、汽车驾驶员辅助系统，以及工业物联网(IoT)应用等。
UltraScale+ 产品组合：不只是工艺升级那么简单
从28nm时代开始，Xilinx就利用独特的技术优势在业界实现了多个遥遥领先的“第一”。20nm时代的All Programmable UltraScale更是首个FPGA公司所实现的ASIC级架构的产品系列，当竞争对手还在努力与该产品系列PK时，Xilinx又捷足先登，在16nm节点推出了UltraScale+ 产品组合系列。
Xilinx选用了台积电的16nm FinFET+技术，单就平面提升而言，UltraScale+ FPGA系统的系统级性能功耗比可提高2倍。预计今年年内，台积电可向客户提供50多款16nmFF+流片。
通过系统级的优化，UltraScale+ 所提供的价值远远超过了传统工艺节点移植所带来的价值，系统级性能功耗比相比28nm器件提升了2至5倍，还实现了领先的系统集成度和智能化，以及最高级别的安全性。

                               
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升级后的UltraScale+ 有哪些不同凡响的表现？据了解，UltraScale+ 产品可解决高强度处理任务中最大的瓶颈问题 ——存储器接口问题。UltraRAM可提供优良的系统功耗、灵活性和性能，同时能取代外部存储器。采用UltraRAM，不仅能让典型设计的系统级性能功耗比提升至少25%，而且还能大幅提升存储器密集型设计的性能、显著降低功耗及BOM成本。

                               
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新一代16nm产品系列技术细节全揭秘
如前所述，新一代产品系列并非只是工艺制程上的升级那么简单，背后还凝聚了xilinx多项核心技术的支持。下面就来揭秘众多技术细节。
存储器增强型可编程器件：通过对SRAM 集成的支持，UltraRAM解决了影响FPGA和SoC系统性能和功耗的最大瓶颈之一。利用这项新技术能创建用于多种不同应用场景的片上存储器，包括深度数据包和视频缓冲，实现可预见的时延和性能。设计人员通过紧密集成大量嵌入式存储器与相关处理引擎，不仅能实现更高的系统性能功耗比，并可降低材料清单（BOM）成本。UltraRAM提供多种配置，容量最大可扩展至432 Mb。

                               
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SmartConnect技术：SmartConnect是一种新的创新型FPGA互联优化技术，这项技术能够根据特定设计的吞吐量、时延和面积要求自动优化互联，同时提供最佳性能功耗比，从而解决系统级IP互联瓶颈。SmartConnect还能智能连接不同接口类型，根据特定应用要求匹配合适的互联方案。仅凭这项技术就能提升系统级性能功耗比并缩减面积20%~30%。
3D- on-3D技术：这是业界首次在第三代3D IC上集成3D晶体管，集合了3D晶体管和Xilinx第三代3D IC的组合功耗优势。正如FinFET相比平面晶体管实现性能功耗比非线性提升一样，3D IC相比单个器件实现了系统集成度和单位功耗带宽的非线性提升。

                               
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异构多处理技术：全新Zynq UltraScale MPSoC通过部署上述所有FPGA技术，实现了前所未有的异构多处理能力，从而能够实现“为合适任务提供合适引擎”。相比之前的解决方案，这些新器件可将系统级性能功耗比提升约5倍。位于处理子系统中心的是64位四核ARM Cortex-A53处理器，它能实现硬件虚拟化和非对称处理，并全面支持ARM TrustZone。
处理子系统还包括支持确定性操作（deterministic operation）的双核ARM Cortex-R5实时处理器，从而可确保实时响应、高吞吐量和低时延，实现最高级别的安全性和可靠性。单独的安全单元可实现军事级的安全解决方案，诸如安全启动、密钥与库管理和防破坏功能等，这些都是设备间通信以及工业物联网应用的标准需求。
为实现完整的图形加速和视频压缩/解压缩功能，这一新器件集成了ARM Mali-400MP专用图形处理器和H.265视频编解码器单元，同时还支持Displayport、MIPI和HDMI。此外，该器件还添加了专用平台和电源管理单元（PMU），可支持系统监控、系统管理以及每个处理引擎的动态电源门控。

                               
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Xilinx的生意经：重“价值”而非“价格”
20nm时代，Xilinx将业界最大容量器件翻番达到440万逻辑单元，密度优势领先了整整一代。今年1月，Xilinx首款400万逻辑单元器件出货，内部约包括了190亿个晶体管，一片售价就达到几十万美元。然而，高昂的价格并未“吓退”客户，越来越多的公司坚定不移地选择了Xilinx的创新技术。
Xilinx全球高级副总裁、亚太区执行总裁汤立人表示，Xilinx的产品听起来很贵，但是客户觉得很值。以400万逻辑单元的器件为例，它能提供超过5000万个ASIC等效门，并高出竞争产品4倍的容量。它不仅规避了ASIC研发投入的风险，同时实现了高价值的回报。
此外，Xilinx在产品质量的把控方面相当严格。不论是28nm还是20nm，Xilinx都最先推出并准时量产，同时做到了零勘误，这也给予客户更多的信心能够持续支持Xilinx。
据了解，Xilinx在28nm市场的产品形态已经非常成熟，特别是在国内的4G市场，几乎每一个基站都用到了Xilinx的产品。
那么，Xilinx这种“重视价值”的思路将如何在16nm时代延续？汤立人表示，“我们主要做三件事：首先是性能与功耗的可扩展性，这是非常重要的，性能一定要高，功耗一定要低，这是大前提；其次是系统集成与智能化，集成度非常重要，因为集成度跟性能、功耗有直接的关系，越多的集成能促成更好的性能和功耗；第三，随着IoT的发展，不论是汽车、工业还是其他领域，都越来越强调保密性和安全性，Xilinx的16nm产品也会将安全问题作为重中之重。”
“软件定义”是未来主攻方向
随着FPGA越来越复杂，Xilinx发现采用软件定义是扩大市场的必由之路。首个推出的是SDNet——针对软件定义网络方面的软件设计环境，让很多计算机科学的工程师也能够用FPGA；接下来是SDAccel——软件定义的加速设计环境，首次在FPGA上实现了CPU和GPU的设计体验，为数据中心带来了很大的价值。
汤立人表示，以前FPGA都是硬件工程师来进行开发，但是目前全球的硬件工程师都在减少，而软件工程师在数目上则占有相当的优势。为了帮助广大软件工程师能够更快捷地掌握FPGA的研发技巧，Xilinx投入了许多资源，例如推进用高层次综合（HLS）进行FPGA设计，解决了C语言开发FPGA的难题等等。
由于Xilinx的许多用户原来是从事ASIC设计的，如果他们用ASIC的设计经验和工具来进行FPGA的开发，必然有很多事是行不通的。UltraFAST则提供了整个设计流程的方法论和工具，可以指导这些用户一步步进行FPGA设计。此外，Xilinx还于去年开始设立了VIVADO俱乐部，每年在一些主要城市举办活动，现在已经有越来越多地使用VIVADO的会员加入，他们已经越来越能得心应手地进行FPGA的有关研发、设计。“不论工艺发展到何种节点，Xilinx会继续坚持在软件方面的投入，VIVADO和UltraFAST是业经验证的设计工具，也会是Xilinx公司的大方向”，汤立人强调。

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