低功耗通用FPGA用于边缘设备时需要哪些突破？

 
Lattice（莱迪思）日前宣布推出全新Lattice Certus-NX系列FPGA，面向从自动化工业设备中的数据处理到通信基础设施中的系统管理等一系列应用。据称该产品每平方毫米的I/O密度最高可达同类FPGA竞品的两倍，拥有低功耗、小尺寸、高可靠性和瞬时启动等特性，支持高速PCI Express（PCIe）和千兆以太网接口，可实现数据协同处理、信号桥接和系统控制。
 
这是半年之内，Lattice基于Lattice Nexus平台的第二款FPGA产品，首款产品针对嵌入式视觉，而此次发布的新产品主要面向工业、通信等应用领域。
 

围绕七大特性重新定义通用FPGA

随着工业自动化和5G等技术的发展，开发人员开始寻求为网络边缘应用添加处理和互连功能。为了顺应这种趋势，这些器件需要采用支持PCIe和千兆以太网等常见接口的低功耗处理硬件。设备开发人员还需要易于使用、统一的开发平台，提供将产品快速推向市场所需的硬件、软件和IP。
 
基于数据处理的最新趋势，PCIe等串行协议和以太网正在广泛应用于5G和IoT等系统的芯片连接中。据Lattice现场技术支持总监蒲小双（Jeffery Pu）介绍，最新一代Certus-NX FPGA不仅支持这些标准，且在提供高密度I/O的同时，减少了功耗和整个设备的设计尺寸，并行处理能力和灵活的I/O支持，能够重新定义开发人员对通用FPGA的期待。
 

莱迪思现场技术支持总监蒲小双（Jeffery Pu）

Certus-NX FPGA的主要特性包括：

尺寸缩小多达3倍——Certus-NX FPGA可以在36 mm²内实现完整的PCIe解决方案。即便是使用Certus-NX FPGA系列的最小封装，其每平方毫米I/O密度仍是同类FPGA竞品的两倍，为桥接应用提供更大的设计灵活性和强大的支持。

可靠的I/O连接性能——Certus-NX的开发人员可以使用Lattice完善的IP库，可以在Certus-NX上使用的主要IP包括：1.5Gbps差分I/O，性能超过竞品FPGA最高可达70%；5Gbps PCIe、1.5 Gbps SGMII和1066 Mbps DDR3。开发人员可以在Certus-NX开发板上测试这些IP模块，快速实现在Certus-NX FPGA目标应用上常用的接口。

强大的认证和加密——为了保护器件的位流免于未经授权的访问/更改/复制，Certus-NX FPGA支持AES-256加密和领先的ECDSA认证，可在设备的整个生命周期内提供保护。
 
功耗降低多达4倍——Certus-NX FPGA的可编程基体偏压功能可根据用户的应用需求，可选择高性能或低功耗工作模式。与同类FPGA相比，该系列器件的功耗可降低多达4倍。

瞬时启动——全新器件还通过SPI存储器实现快速的器件配置，其速度最高可达同类FPGA的12倍。单个I/O配置只需3ms，整个器件启动时间为8-14ms（取决于器件大小）。
 
可靠性高——对于安全性要求极高的工业和汽车应用而言，可靠的性能至关重要。这些应用中的器件必须达到预期的性能，以避免对人员和财产造成损害。Certus-NX FPGA的抗软错误率（SER）性能最高为同类FPGA的100倍。Certus-NX FPGA为工业温度级器件。它还支持片上ECC和SEC。

易于使用/设计——Certus-NX FPGA支持易于使用的LatticeRadiant软件，它提供了统一的FPGA设计环境，可帮助用户快速高效地开发应用。

差异化设计应对不同垂直细分领域需求

同样是基于Lattice Nexus平台，Certus-NX FPGA与前一款CrossLink-NX相比，最大的不同是什么？据Jeffery介绍，最大的差别在于Certus-NX为了提升I/O的个数，去掉了MIPI硬核，这是在推广前一代产品时找到的I/O的提升空间，对于细分市场用PCIe做普通控制的一些客户非常有帮助；第二个区别在于安全认证方面，新产品增加了ECDSA认证，也是受前几代产品的启发，可在设备的整个生命周期内提供保护。
 
谈到全新FPGA的优势，Jeffery表示，FD-SOI工艺为Nexus平台本身带来了功耗降低、软错误率降低等，此外，芯片层面的创新设计都有助于这款通用型FPGA的进一步突破，例如对于传统FPGA来说，通常都是外加SPI Flash，FPGA的快慢往往取决于SPI能跑多快，而新的SPI Flash在芯片内部进行了专门配置，还可以采用四通道写入数据，有助于配置时间大大缩短。
 
据了解，Lattice Nexus平台基于28nm FD-SOI工艺，因其在系统、架构和电路层面的创新，Lattice能够加速推出新产品。而这也意味着在新产品开发战略的指导下，Lattice针对垂直领域的通用FPGA阵营在日益壮大。
 
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