美高森美如何打造中低端市场性价比最高的FPGA器件

南亭好远

在短短三十多年里，FPGA从电子设计的外围器件逐渐演变为数字系统的核心，现如今各厂商更是着手产品的创新以适应市场需求。但高性能、低功耗、低成本一直是FPGA厂商不变的追求。

致力于在功耗、安全、可靠性和性能方面提供差异化半导体技术

方案

的领先供应商美高森美近日宣布推出一款业界最低功耗全新成本优化的FPGA产品系列----PolarFire。一款优质的产品当然要赋予他优秀的名字。在发布会上，美高森美副总裁兼业务部经理Bruce Weyer向媒体介绍了“PolarFire”名字的由来，“Polar为极地，象征最冷的地方，代表低功耗；Fire是火，能量的象征，代表高性能。” Bruce解释：“PolarFire是一款具备低功耗高性能的FPGA产品，目标瞄准中低端500K 以下的市场，专门针对宽带和HetNet应用，服务于国防、航空航天和工业控制/物联网等”。

“我们新的FPGA产品系列改变了市场对于传统中等规模FPGA器件的认知。” Bruce表示：“非易失性FPGA器件首次具备了全部已知好处，其明确的功耗和成本优势超越了带有10 Gpbs收发器的SRAM FPGA器件，从而提供了必要的差异性，在满足客户不断变化需求的同时填补了市场空白。”

图1：美高森美副总裁兼业务部经理Bruce Weyer

PolarFire的4大特点:

● 低功耗：PolarFire的动态+静态功耗总和比市场同等产品降低50%。

● 成本优化：通过

创新设计

实现成本和功耗优化的中端FPGA器件

● 安全可靠性：持续领先的安全性和可靠性，以应对网络安全威胁和满足安全关键性应用需求

● 可扩展性：提供1K至500K可编程逻辑单元(LE)器件

PolarFire是如何实现成本优化的？

“标准的CMOS工艺加上SONOS技术，替换传统的闪存技术，提供了更好的性价比产品“，Bruce强调说。据了解，市场上同应用的FPGA产品使用昂贵的HKMG或FiNFET工艺来降低功耗，而PolarFire采用其专有的SONOS工艺，相比传统的Flash技术，此非易失性工艺有效的降低了成本。使用电荷泵由传统闪存的17.5V降到9V，较小的电荷泵带来了更灵活的设计和更小的裸片，面积的压缩，成本上也得到了控制。由于PolarFire最大密度限制为500K，因此无需采用价格更贵的20nm或14nm工艺，而是选用了行业中对中等密度FPGA而言有着最高性价比的28nm标准工艺节点。

优化的中等密度/中带宽架构，现今的蜂窝基础设施和有线接入网络正在快速转型，有着庞大接入市场的支持，PolarFire也无需全面覆盖。PolarFire无论从内部布线到时钟资源都是针对密度范围500K的产品，适合较小带宽处理需求的架构，最终得到小的功耗和TCO。而其他一些FPGA厂商市场覆盖面比较广，采用伸缩性的架构可用于数百万LE密度，这种瀑布式由上而下裁剪出中等规模器件，造成很大的浪费。

在收发器性能上， PolarFire针对12.7Gbps性能优化，而其他FPGA厂商的高端产品达到30Gbps。美高森美在这款中端FPGA上实现了高端FPGA才具有的增值特性。GPIO提供了1000BaseXGbE和SGMII能力，允许聚合多个通路的GbE，而无需使用更大、更昂贵、带有更多收发器通道的FPGA。其高端安全功能包括DPA防范和来自AthenaCorporation的一只高性能安全处理器。

PolarFire是如何实现功耗上优化的？

美高森美系统级芯片产品组高级产品线

营销总监

Shakeel Peera介绍到，“PolarFire在提供高性能的同时，显著降低了功耗，相比同类中密度产品在最好情况下总功耗可降低50%。”是什么原因使得PolarFire有着如此低的功耗呢？Shakeel主要从以下几个方面给大家做了解释：

在静态功耗方面，非易失性FPGA相比SRAM FPGA的平均漏电量低10倍。正常工作期间的总功耗等于：静态功耗(漏电造成的功耗)+动态功耗。静态功耗降低了，便可以得到更多的动态功耗去处理更多的数据和带宽。

在浪涌功耗方面，PolarFire是没有

浪涌电流

的，可以立刻启动，而SRAM器件在初始化的时候需要冲击很高电流。

在收发器功耗方面，PolarFire凭借FPGA行业中最具创新性的收发器架构，针对12.7Gbps传送速率，实现最优的裸片尺寸和功耗。其他FPGA厂商支持28Gbps性能，降速版本的功耗较大。PolarFire相比只有二分之一左右。

低功耗休眠模式，Flash*Freeze 是PolarFire独有深度休眠模式，由于PolarFire采用非易失性技术，可以允许更多的电路处于睡眠模式和立即焕醒，SRAM却不具备这点。

图2：左：美高森美系统级芯片产品组高级产品线营销总监Shakeel Peera

右：美高森美销售副总裁 梁成志

安全可靠性

网络安全性是网络边缘联网设备的首要考虑因素，美高森美继续保持着自家传统安全可靠性的优势，有CRI专利的差分功耗分析攻击防范，集成物理不可克隆功耗，内置篡改检测器和对策，真正的随机数发生器，集成Athena TeraFire EXP5200B加密协处理器等。PolarFire FPGA配置单元对SEU的免疫，LSRAM上的内置SECDED和

存储器

交叉存取，并针对安全关键性设计的系统控制器暂停模式。

打破软件壁垒

针对PolarFire FPGA，美高森美的LiberoSoC设计套件以其全面的、易学易用的工具套件提供了高生产率。该套件集成了行业标准工具(SynopsysSynplifyPro®综合和MentorGraphicsModelSim®仿真)，采用了与其他FPGA厂商类似的设计流，提供了同级最佳的约束条件管理、调试能力和安全生产编程特性。

中低端市场看过来

PolarFire是美高森美首次面向中等密度市场提供的FPGA产品，即满足了低功耗高性能的需求，又在价格上做了优化。新产品系列使得美高森美在中等密度市场展开竞争，在宽带接入市场区间中，以性能为重点的数据通路方面得以应用，美高森美有着30年的业界经验，凭借此系列PolarFire FPGA器件，潜在市场有望扩大至超过25亿美元的规模，在通信基础设施上实现持续增长。

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