世界最大FPGA芯片Versal Premium VP1902技术详解

AMD在2022年2月14日，完成收购FPGA第一大厂赛灵思（Xilinx），价值约500亿美元（原先估值350亿美元，被AMD股价上涨推高），创下芯片产业的交易纪录。因为FPGA可编程的特性，使其具灵活性、可客制性、平行处理能力、易于升级等优势。

通过FPGA，芯片设计者能在芯片送交制造（Tape Out）前，先为即将完成的ASIC或系统单芯片（SoC）创建数位双胞胎版本，有助于产品验证，并提高开发软件。人工智能蔚为风潮且相关技术快速翻新当下，FPGA更同时是AMD和英特尔（2015年6月以167亿美元收购全球第二大FPGA厂商Altera）AI产品布局的重要一环。 AMD于今年 6月27日发布了世界最大的FPGA芯片Versal Premium VP1902，相较上一代赛灵思Virtex UltraScale+VU19P，增加了AI专用处理器Versal，所有性能规格指标都是两倍起跳，并采用Chiplet设计，尺寸约为77×77毫米，拥有1,850万个逻辑单元，以及控制平面操作的专用Arm 核心与协助调试的板载网络。AMD预定第三季提供样品给客户，2024年初全面供货。

▲ AMD开宗明义：现在就是 AI 时代，无论是 CPU、GPU 还是专用加速芯片，都要有 AI 能力。

▲ VP1902 设计目的不是当单设备使用，更多以丛集部署，以协助芯片验证和测试。模拟有数十亿个晶体管的现代SoC相当耗费资源，依芯片大小和复杂性，可能需要跨越多个机架、数十甚至数百个FPGA。

▲ 因为FPGA 电路密度远不如原型设计的晶片，更大FPGA 容纳更大晶片的设计逻辑，或FPGA 丛集放入更大规模设计。

▲ 2019 年 Hot Chips，赛灵思发表 Virtex UltraScale+ VU19P，今年 Versal Premium VP1902 规模则是两倍。

▲ 由四块 Chiplet 组成的 Versal Premium VP1902 逻辑密度是前代两倍，且 AI 专用处理器 Versal 加持后，可提升八倍除错表现。

▲ Versal Premium VP1902 各种性能指标约是上代产品两倍。

▲ Versal Premium VP1902 规格细节。

▲ AMD 藉 Chiplet 技术「经济的」扩大 FPGA 规模。

▲ 芯片连接与封装方式，不仅需接合 Chiplet，且还需支持密集的高速 I/O。

▲ 前代 Virtex UltraScale+ VU19P 的 Chiplet 配置方式。

▲ 前代 Virtex UltraScale+ VU19P「又长又宽」配置导致难以扩展 I/O。

▲ 所以这次从1×4改为2×2，更能平衡Chiplet间的延迟。

▲ 2×2 Chiplet 亦能减少 40% 导线长度。

▲ 因此 AMD 这次才能打造如此巨大的 FPGA。

▲ 一颗 FPGA不够，可以来第二颗。

▲ 结合更新 7 纳米制程、两倍规模、2×2 Chiplet 排列、可程式化芯片内网路。

▲ 四颗 VP1902 可比八颗 VU19P 有更高密度和更简单系统设计。

▲ I/O 接口性能。

▲ FPGA 读回性能。

▲ 经Versal加持，达八倍除错效率。

▲ 八倍效率差距就是这样来的。

▲ 软件串列扫描链（Scan Chain）的效能提升。

▲ 多层分区流程可更快速布局和布线。

▲ 经过17年发展，赛灵思最新FPGA成为AMD第六代设计模拟装置。 这堪称本届 Hot Chips 罕见的完整简报，内容钜细靡遗，AMD 变相对「靠设计芯片过日子的潜在受众」做了整整 30 分钟广告，但 AMD 也表示，这些 FPGA 也非常适合固件开发和测试、验证 IP 区块和原型开发用。既然AMD都放出世界最巨大FPGA，接着我们就期待手握Altera的英特尔会如何出招吧。

编辑：黄飞