La technologie eFPGA : révolutionner la conception ASIC et SoC

La technologie FPGA embarquée (eFPGA) est une solution hautement adaptable qui fonctionne comme une puce FPGA standard, permettant la reconfigurabilité logique au sein des ASIC et SoC.

Une adoption en production grandissante

L'eFPGA est entrée en production courante, avec une présence couvrant l'infrastructure sans fil, l'intelligence artificielle, le stockage intelligent et même les microcontrôleurs sensibles au coût. En tant que sous-système SoC — comparable à un CPU ou DSP — elle reconfigure dynamiquement la logique matérielle sur un spectre de tailles, de 1 000 à 500 000 tables de recherche (LUT).

Pour approfondir cette technologie programmable émergente, EDN s'est entretenu avec Andy Jaros, VP des ventes IP, marketing et architecture de solutions chez Flex Logix Technologies. Fondée en 2014, Flex Logix revendique une structure FPGA haute densité qui simplifie la reconfigurabilité logique sans imposer un fardeau d'ingénierie lourd.

Nous avons commencé par demander à Jaros les racines de cette technologie. Avec une carrière couvrant Arm, ARC, Motorola et Synopsys, Jaros apporte une riche expérience industrielle.

Histoire : une évolution progressive

Si l'idée d'intégrer des LUT dans des ASIC remonte aux années 1990, l'adoption pratique a buté sur le manque d'outils robustes. Les FPGA traditionnels reposent sur une interconnexion en maille qui consomme environ 80 % de la surface silicium. Le cofondateur de Flex Logix, Cheng Wang, a résolu cette inefficacité en développant une interconnexion hiérarchique qui réduit la surface de moitié, offrant d'importantes économies de coût et d'encombrement. Selon l'entreprise, son interconnexion atteint 90 % d'utilisation contre 70 % pour les designs en maille.

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

Présent : forte adoption du marché

L'IP eFPGA de Flex Logix est remarquablement générique, supportant une large gamme de tailles d'applications. Comme elle se comporte comme un FPGA autonome, les développeurs peuvent provisionner des réseaux de toute échelle en quelques jours.

Jaros note un intérêt croissant des entreprises ASIC : « Intégrer la fonctionnalité FPGA directement dans un ASIC améliore les performances, réduit la consommation et le coût global du système. » Cela permet aux équipes de conception de remplacer des FPGA discrets coûteux ou de les éliminer entièrement, selon le cas d'usage.

Les intégrateurs système, traditionnellement dépendants des FPGA discrets, explorent maintenant l'IP eFPGA en partenariat avec les fournisseurs ASIC. Cette approche les maintient dans les niveaux inférieurs de la pile, accélérant le déploiement de fonctionnalités. « Chez les constructeurs automobiles OEM et fournisseurs de rang 1, la capacité d'ajouter de la configurabilité RTL est bien plus précieuse qu'il y a dix ans », observe Jaros.

Les MCU haut de gamme embarquant des accélérateurs de réseaux de neurones — nécessitant typiquement 16 000 à 20 000 LUT — se tournent aussi vers les solutions eFPGA. Les concepteurs mixtes-signal peuvent maintenant attacher une machine d'état configurable sans la surcharge d'un MCU complet et de son écosystème logiciel.

Figure 2 : L'eFPGA de Flex Logix est basé sur EFLX 4K, une tuile disponible en deux versions : tout-logique ou majoritairement logique avec quelques unités multiply-accumulate (MAC). Source : Flex Logix

Futur : complémentaire aux FPGA discrets

Il existe une idée reçue selon laquelle l'eFPGA cannibaliserait le marché des FPGA discrets. En réalité, Intel et Xilinx se concentrent sur les FPGA à grande échelle, riches en fonctionnalités, pour les applications de centre de données, regroupant sous-systèmes CPU et autres capacités haut de gamme. « L'eFPGA ne menace pas leur cœur de métier », dit Jaros. « Ils le voient comme complémentaire, et nous n'avons trouvé aucun conflit avec les vendeurs de FPGA traditionnels. »

Le contrôle de la chaîne d'approvisionnement est un autre moteur : les fabricants avec MCU ou ASIC propriétaires peuvent intégrer de la logique eFPGA pour échanger des algorithmes de sécurité ou du code personnalisé sans reconcevoir toute la puce.

Plusieurs fournisseurs d'IP proposent des solutions eFPGA, et à mesure que les nœuds de procédure se rétrécissent — de 180 nm à 3 nm — les concepteurs sont de plus en plus prêts à échanger une augmentation modeste de surface pour une plus grande configurabilité. « Nous anticipons que 90 % des puces partant en tape-out dans les cinq à dix prochaines années incorporeront une forme de contenu eFPGA », conclut Jaros.

>> Cet article a été publié à l'origine sur notre site frère, EDN.

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