原创 Altera：28nm FPGA上的创新技术超越摩尔定律

　　Vince Hu，Altera公司产品和企业市场副总裁

　　Altera公司在即将推出的采用先进28nm工艺制程的FPGA中采用创新技术，集成嵌入式HardCopy模块、部分重新配置新方法以及嵌入28Gbps收发器，这些创新技术大大超越了摩尔定律本身所带来的益处，极大的提高下一代Altera FPGA的密度和I/O性能，并进一步巩固相对于ASIC和ASSP的竞争优势。为让EDN China的读者更多地了解Altera如何在28nm FPGA上实现这些创新技术，本刊记者采访了Altera公司产品和企业市场副总裁Vince Hu。

　　不断扩展的带宽促进技术创新

　　快速增长的宽带应用如高清晰(HD)视频、云计算、网络数据存储和移动视频等各种应用对带宽的需求在不断增长，据有关数据统计显示，预计到2013年底，对移动骨干网容量的需求将会达到90000Gbps。如何在不增加成本和功耗等情况下，提高系统带宽，Altera已着手用最新的创新技术来解决这些挑战。

　　采用28nm先进的工艺制程技术是否就能解决上述问题？Vince Hu给记者例举了2 个案例，案例一，目前在40nm工艺上已能实现100Gbps带宽的应用，那么在40nm工艺上能否实现400Gbps应用？Vince Hu说 ,要在40nm上实现400Gbps带宽的应用，就会使FPGA的密度、功耗和收发器都增加4倍，这是不能满足目标要求的失败“演进”。案例二，在28nm工艺制程上满足400Gbps带宽需求, Vince Hu认为，这是传统的通过摩尔定律来解决的办法，在28nm上实现满足400Gbps带宽应用的FPGA，仍然会使密度增加3倍，功耗增加3.5倍，收发器增加4倍。由此看来，在深亚微米以后，仅仅依靠摩尔定律并不能解决从100Gbps到400Gbps的技术演进，特别是收发器、I/O并不会因工艺的改进而缩小。所以说在28nm上实现400Gbps带宽处理并没有从真正意义上实现技术上的创新。随后，Vince Hu向记者详细介绍了Altera应对市场和客户的需求，在28nm FPGA上实现的创新技术。

　　创新技术超越摩尔定律

　　创新点之一，在28nmFPGA中集成新的嵌入式HardCopy模块，嵌入式HardCopy模块是可定制硬核知识产权(IP)模块，这是利用了Altera独特的HardCopy ASIC技术，实现标准定义或需要大量逻辑的功能模块。例如接口协议、专用功能和专业定制IP等。嵌入式HardCopy模块可大幅度提高FPGA性能，帮助用户缩短了设计面市时间，同时降低了成本和功耗。对于Altera，这一创新技术还可使公司能够面向不同的市场领域迅速开发各种型号的产品。

　　创新点之二，利用部分重新配置功能，设计人员可以在不中断正常工作的情况下，重新配置部分FPGA，即在部分FPGA装入新的功能。这对要求连续运行的系统，特别是远程升级系统来讲是至关重要的。部分重新配置功能不但降低了功耗和成本，而且在FPGA中优化了那些不同时工作的功能，因此还提高了有效的逻辑密度。将这些功能放在外部存储器中，需要时再装入。这样，单片FPGA可以支持多种应用，从而减小了FPGA体积，节省了电路板空间，降低了功耗。Vince Hu告诉记者，到目前为止，部分重新配置方案是比较耗时的任务，要求设计人员非常熟悉复杂的FPGA体系结构。这个问题，Altera也替设计人员考虑到了，Altera在其Quartus II设计软件成熟可靠的渐进式编译设计流程的基础上构建了新功能，从而简化了部分重新配置过程的实现，设计人员不需要详细学习复杂的FPGA体系结构，而且重配次数没有限制。

　　创新点之三，Altera延续了在嵌入式收发器技术上的领先优势，开发了28Gbps内嵌收发器，这一技术会应用在即将推出的28nm FPGA中。这一高速收发器将帮助用户实现单片400Gbps系统等下一代设计，并可直接和光模块对接，而不需要采用昂贵的外部元件，可将整体功耗减少60%，成本降低30%。

　　Vince Hu说，Altera公司自推出收发器技术以来，实现了该领域的关键技术创新。第一代收发器产品是十年前推出的，也是业界第一家将收发器嵌入到FPGA中。2008年推出的带有收发器的40nm器件，速率已达到11.3Gbps，目前已量产。下一代28Gbps收发器将应用在28nm FPGA中。Vince Hu表示，相同的设计团队在过去10年中一直从事收发器工作，为业界提供了最先进的收发器产品以满足不同的市场需求，未来Altera将继续保持在这一领域的技术领先优势。

　　Vince Huc认为，Altera不断推出创新产品，得益于公司每年在研发方面的投入（占公司总收入的18%~20%），即使在金融危机的2009年，研发投入有增无减。下一步，Altera的4个产品线（Stratix FPGA、HardCopy ASIC、Cyclone FPGA和Arria FPGA）都将会采用28nm工艺的制程技术。随着向下一工艺节点的迈进，Altera的这些创新技术将引领业界超越摩尔定律，并带来超越摩尔定律的益处。