Simplification de la conception avec la technologie FPGA intégrée

La technologie eFPGA est très générique et fonctionne comme un produit standard Puce FPGA pour apporter une reconfigurabilité logique aux conceptions ASIC et SoC.

Le temps du FPGA intégré (eFPGA) est enfin venu, et cela est évident par sa portée dans les puces desservant l'infrastructure sans fil, l'intelligence artificielle (IA), le stockage intelligent et même les microcontrôleurs sensibles aux coûts. En tant que sous-système de système sur puce (SoC), tout comme un processeur ou un DSP, il reconfigure dynamiquement la logique matérielle avec des tailles allant de 1 000 à 500 000 tables de consultation (LUT).

Pour un point de vue sur cette technologie programmable émergente, EDN s'est entretenu avec Andy Jaros, vice-président des ventes IP, du marketing et de l'architecture de solution chez Flex Logix Technologies. Flex Logix, fondée en 2014 en tant que société IP, prétend fournir une structure FPGA haute densité pour faciliter la reconfiguration logique sans que les ingénieurs de conception n'aient à effectuer un travail herculéen.

Nous avons commencé la discussion en interrogeant Jaros sur les origines de cette technologie. Jaros est un vétéran de l'industrie des semi-conducteurs avec un cheminement de carrière qui s'étend d'Arm et ARC à Motorola et Synopsys.

Historique :Pas si vite

La notion d'eFPGA a une histoire mouvementée qui remonte aux années 1990. Les gens du semi-conducteur parlent depuis longtemps d'incorporer des LUT dans les ASIC pour gagner en flexibilité. Cependant, contrairement aux FPGA fournis avec des chaînes d'outils robustes, la pénurie d'outils était une pierre d'achoppement majeure dans la mise en œuvre d'IP FPGA embarquées dans les puces.

Jaros rappelle qu'il y a eu des allégations sur la création de tissu eFPGA depuis des décennies. "Certaines personnes dans d'anciennes sociétés de semi-conducteurs disent qu'elles faisaient cela il y a 20 à 30 ans, mais la façon dont elles ont mis en œuvre le FPGA intégré a pris une grande place."

Les FPGA traditionnels utilisent une interconnexion maillée et 80 % de la surface d'un FPGA est occupée par l'interconnexion. Le co-fondateur de Flex Logic, Cheng Wang, a développé une interconnexion hiérarchique qui occupe la moitié de la surface par rapport à l'interconnexion maillée. Cela, à son tour, offre des avantages significatifs en termes de superficie et de coût. Le fournisseur IP eFPGA prétend également atteindre 90 % d'utilisation de son interconnexion ; d'autre part, avec l'interconnexion maillée utilisée dans les FPGA discrets, nous constatons une utilisation de près de 70 %.

Figure 1 :Un eFPGA peut être facilement optimisé pour différentes tailles de bus. Source :Flex Logix

Présent :les affaires sont bonnes

La technologie eFPGA est très générique car sa prise en charge s'étend de très petites instances à de très grandes instances pour diverses applications. Un eFPGA, qui fonctionne comme une puce FPGA standard, peut fournir des matrices de n'importe quelle taille en quelques jours.

"Nous obtenons beaucoup de traction avec les sociétés ASIC", a déclaré Jaros. « L'intégration de la fonctionnalité FPGA dans l'ASIC améliore les performances et réduit la consommation d'énergie et les coûts au niveau du système. » Cela permet aux ingénieurs de conception de supprimer complètement le FPGA ou d'utiliser un FPGA moins cher, en fonction des exigences de l'application.

Jaros a également noté que les sociétés de systèmes, qui ont traditionnellement utilisé les FPGA, commencent à explorer les IP eFPGA avec leurs partenaires ASIC. Cela permet aux maisons de systèmes de rester aux niveaux inférieurs de la pile du milieu. De plus, alors que les exigences du marché évoluent rapidement, les sociétés de systèmes comme les constructeurs automobiles et les constructeurs automobiles de niveau 1 ne peuvent pas attendre un an pour ajouter de nouvelles fonctionnalités. "Par conséquent, une certaine configurabilité RTL est plus logique qu'il y a 10 ans."

Ensuite, il existe des MCU haut de gamme qui commencent à intégrer des accélérateurs matériels, que ce soit pour le traitement de l'IA des réseaux de neurones ou l'accélération de code propriétaire. Ces scénarios utilisent généralement 16 000 à 20 000 LUT. Ensuite, Jaros voit plus d'intérêt de la part des entreprises à signaux mixtes. "La seule chose qui change du côté numérique, ce sont les machines d'état", a déclaré Jaros. « Donc, les concepteurs de signaux mixtes envisagent les eFPGA pour ajouter un niveau de configuration pour la machine d'état sans avoir à investir dans un MCU et un flux d'outils logiciels complet. »

Figure 2 :l'eFPGA de Flex Logix est basé sur EFLX 4K, une tuile qui se décline en deux versions :tout logique ou principalement logique avec quelques accumulateurs à multiplication (MAC). Source :Flex Logix

Avenir :Concurrence avec les FPGA discrets

La perception commune à propos de l'activité eFPGA est qu'elle constituera une menace pour le segment FPGA autonome. Cependant, Intel et Xilinx développent des produits complexes. "Intel et Xilinx se déplacent dans l'espace FPGA plus vaste pour prendre en charge les centres de données à grande échelle, et pour cela, ils ajoutent des sous-systèmes CPU matériels autour de leurs FPGA", a déclaré Jaros. « Je ne pense pas que l'eFPGA ait un impact sur Intel et Xilinx, car ils vendent des FPGA volumineux et coûteux dotés de nombreuses fonctionnalités. »

Il a ajouté que l'activité eFPGA est très complémentaire. "Nous avons discuté avec des gens de Xilinx et d'Intel, et ils ne voient aucun conflit du tout." C'est aussi parce que les exigences de reconfigurabilité s'étendent sur un large éventail de segments de l'industrie et, par conséquent, il pourrait ne pas y avoir beaucoup de conflit avec les sociétés FPGA traditionnelles.

Figure 3 : Les fournisseurs d'IP eFPGA ne voient pas beaucoup de conflit avec les entreprises FPGA traditionnelles. Source :Flex Logix

Les entreprises qui souhaitent contrôler leur chaîne d'approvisionnement sont un autre facteur qui stimule l'activité eFPGA. Ils peuvent avoir leurs propres MCU ou ASSP autour desquels ils ont construit des piles logicielles. Ainsi, en ajoutant un certain niveau de reconfigurabilité eFPGA, ils peuvent échanger des algorithmes de sécurité ou du code propriétaire.

Les IP eFPGA sont disponibles auprès de plusieurs fournisseurs, et bien que ces IP soient relativement plus intégratives, la densité de FPGA commence à avoir un sens pour certaines applications. L'autre chose qui a déplacé le pendule en faveur des eFPGA est l'évolution vers des nœuds de processus plus petits. Flex Logix, tout en prenant en charge des nœuds de processus allant de 180 nm à 5 nm, est actuellement engagé dans des conceptions de puces jusqu'à 3 nm.

"Nous constatons une plus grande volonté de troquer un peu de zone pour la configurabilité", a conclu Jaros. « Donc, une grande majorité des puces qui seront supprimées dans les cinq à 10 prochaines années auront un certain degré de contenu eFPGA. » Les normes en évolution rapide et les algorithmes d'IA uniques soutiennent ce récit et par la suite la promesse de l'eFPGA dans un avenir proche.

>> Cet article a été initialement publié sur notre site frère , EDN.

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