Altera公司在推出的采用先進(jìn)28nm工藝制程的FPGA中采用創(chuàng)新技術(shù)，集成嵌入式HardCopy模塊、部分重新配置新方法以及嵌入28Gbps收發(fā)器，這些創(chuàng)新技術(shù)大大超越了摩爾定律本身所帶來(lái)的益處，極大的提高下一代Altera FPGA的密度和I/O性能，并進(jìn)一步鞏固相對(duì)于ASIC和ASSP的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。Altera公司產(chǎn)品和企業(yè)市場(chǎng)副總裁Vince Hu 給出了一些解答。

不斷擴(kuò)展的帶寬促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新

快速增長(zhǎng)的寬帶應(yīng)用如高清晰(HD)視頻、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和移動(dòng)視頻等各種應(yīng)用對(duì)帶寬的需求在不斷增長(zhǎng)，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，預(yù)計(jì)到2013年底，對(duì)移動(dòng)骨干網(wǎng)容量的需求將會(huì)達(dá)到90000Gbps。如何在不增加成本和功耗等情況下，提高系統(tǒng)帶寬，Altera已著手用最新的創(chuàng)新技術(shù)來(lái)解決這些挑戰(zhàn)。

采用28nm先進(jìn)的工藝制程技術(shù)是否就能解決上述問題？Vince Hu例舉了2 個(gè)案例，案例一，目前在40nm工藝上已能實(shí)現(xiàn)100Gbps帶寬的應(yīng)用，那么在40nm工藝上能否實(shí)現(xiàn)400Gbps應(yīng)用？Vince Hu說 ,要在40nm上實(shí)現(xiàn)400Gbps帶寬的應(yīng)用，就會(huì)使FPGA的密度、功耗和收發(fā)器都增加4倍，這是不能滿足目標(biāo)要求的失敗“演進(jìn)”。案例二，在28nm工藝制程上滿足400Gbps帶寬需求, Vince Hu認(rèn)為，這是傳統(tǒng)的通過摩爾定律來(lái)解決的辦法，在28nm上實(shí)現(xiàn)滿足400Gbps帶寬應(yīng)用的FPGA，仍然會(huì)使密度增加3倍，功耗增加3.5倍，收發(fā)器增加4倍。由此看來(lái)，在深亞微米以后，僅僅依靠摩爾定律并不能解決從100Gbps到400Gbps的技術(shù)演進(jìn)，特別是收發(fā)器、I/O并不會(huì)因工藝的改進(jìn)而縮小。所以說在28nm上實(shí)現(xiàn)400Gbps帶寬處理并沒有從真正意義上實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的創(chuàng)新。隨后，Vince Hu詳細(xì)介紹了Altera應(yīng)對(duì)市場(chǎng)和客戶的需求，在28nm FPGA上實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新技術(shù)。

創(chuàng)新技術(shù)超越摩爾定律

創(chuàng)新點(diǎn)之一，在28nmFPGA中集成新的嵌入式HardCopy模塊，嵌入式HardCopy模塊是可定制硬核知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)模塊，這是利用了Altera獨(dú)特的HardCopy ASIC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)定義或需要大量邏輯的功能模塊。例如接口協(xié)議、專用功能和專業(yè)定制IP等。嵌入式HardCopy模塊可大幅度提高FPGA性能，幫助用戶縮短了設(shè)計(jì)面市時(shí)間，同時(shí)降低了成本和功耗。對(duì)于Altera，這一創(chuàng)新技術(shù)還可使公司能夠面向不同的市場(chǎng)領(lǐng)域迅速開發(fā)各種型號(hào)的產(chǎn)品。

創(chuàng)新點(diǎn)之二，利用部分重新配置功能，設(shè)計(jì)人員可以在不中斷正常工作的情況下，重新配置部分FPGA，即在部分FPGA裝入新的功能。這對(duì)要求連續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)，特別是遠(yuǎn)程升級(jí)系統(tǒng)來(lái)講是至關(guān)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中優(yōu)化了那些不同時(shí)工作的功能，因此還提高了有效的邏輯密度。將這些功能放在外部存儲(chǔ)器中，需要時(shí)再裝入。這樣，單片F(xiàn)PGA可以支持多種應(yīng)用，從而減小了FPGA體積，節(jié)省了電路板空間，降低了功耗。Vince Hu說，到目前為止，部分重新配置方案是比較耗時(shí)的任務(wù)，要求設(shè)計(jì)人員非常熟悉復(fù)雜的FPGA體系結(jié)構(gòu)。這個(gè)問題，Altera也替設(shè)計(jì)人員考慮到了，Altera在其Quartus II設(shè)計(jì)軟件成熟可靠的漸進(jìn)式編譯設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上構(gòu)建了新功能，從而簡(jiǎn)化了部分重新配置過程的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員不需要詳細(xì)學(xué)習(xí)復(fù)雜的FPGA體系結(jié)構(gòu)，而且重配次數(shù)沒有限制。

創(chuàng)新點(diǎn)之三，Altera延續(xù)了在嵌入式收發(fā)器技術(shù)上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，開發(fā)了28Gbps內(nèi)嵌收發(fā)器，這一技術(shù)會(huì)應(yīng)用在即將推出的28nm FPGA中。這一高速收發(fā)器將幫助用戶實(shí)現(xiàn)單片400Gbps系統(tǒng)等下一代設(shè)計(jì)，并可直接和光模塊對(duì)接，而不需要采用昂貴的外部元件，可將整體功耗減少60%，成本降低30%。

Vince Hu說，Altera公司自推出收發(fā)器技術(shù)以來(lái)，實(shí)現(xiàn)了該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新。第一代收發(fā)器產(chǎn)品是十年前推出的，也是業(yè)界第一家將收發(fā)器嵌入到FPGA中。2008年推出的帶有收發(fā)器的40nm器件，速率已達(dá)到11.3Gbps，目前已量產(chǎn)。下一代28Gbps收發(fā)器將應(yīng)用在28nm FPGA中。Vince Hu表示，相同的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在過去10年中一直從事收發(fā)器工作，為業(yè)界提供了最先進(jìn)的收發(fā)器產(chǎn)品以滿足不同的市場(chǎng)需求，未來(lái)Altera將繼續(xù)保持在這一領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

Vince Hu認(rèn)為，Altera不斷推出創(chuàng)新產(chǎn)品，得益于公司每年在研發(fā)方面的投入（占公司總收入的18%~20%），即使在金融危機(jī)的2009年，研發(fā)投入有增無(wú)減。下一步，Altera的4個(gè)產(chǎn)品線（Stratix FPGA、HardCopy ASIC、Cyclone FPGA和Arria FPGA）都將會(huì)采用28nm工藝的制程技術(shù)。隨著向下一工藝節(jié)點(diǎn)的邁進(jìn)，Altera的這些創(chuàng)新技術(shù)將引領(lǐng)業(yè)界超越摩爾定律，并帶來(lái)超越摩爾定律的益處。