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Avant:解锁FPGA创新新高度

2022-12-29
来源:莱迪思
关键词: 莱迪思 Avant FPGA

过去3年来,尽管客户十分认可莱迪思 (Lattice) Nexus FPGA平台在低功耗领域做出的种种创新,但在与他们的交流过程中,我们发现除功耗外,性能和尺寸也日益成为客户关注的关键要素。幸运的是,这些与莱迪思最擅长的领域完全吻合。于是,基于Nexus平台取得的一系列创新成果,莱迪思推出了全新低功耗中端Avant FPGA平台。

Avant产品主要面向通信、计算、工业和汽车等领域。与此前的产品相比,Avant平台在性能和硬件资源方面得到了进一步的强化,例如逻辑单元容量达到了500K,相比以往100K-150K的配置,提升了5倍;带宽提升了10倍,计算性能提升30倍。它的面世不但意味着莱迪思迈入了中端FPGA供应商的行列,还打开了一扇通往30亿美元增量市场的新大门。

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打造史上最强产品组合

“低功耗”、“先进的互联”和“优化的计算”是Avant平台的三大核心特点,其关键的架构亮点包括25G SERDES和并行I/O标准,可满足各种接口的需求,支持各类外部存储器接口,包括DDR4、DDR5和LPDDR4以及传统标准。同时,与同类竞品器件相比,封装尺寸减小多达6倍,可实现高效的小尺寸系统设计。

与现有的中端FPGA相比,得益于专为低功耗设计的可编程结构、功耗优化的嵌入式存储器和DSP、低功耗高性能SERDES与I/O设计、内置协议逻辑等全方位优化措施,Avant系列产品的功耗比同类竞品器件低2.5倍,可帮助系统和应用工程师大幅提高功耗和散热设计的效率、降低运营成本、增强可靠性。

与Nexus FPGA平台选用FD-SOI制造工艺不同的是,此番Avant选择了台积电16nm FinFET工艺。主要基于以下两方面的考量:一是尽管28nm FD-SOI工艺在功耗方面的确有优势,但FinFET的IP更丰富,更容易提升产量。从实际效果来看,16nm FinFET在低功耗上的表现也相当不错;二是Avant还需要考虑计算能力,经过慎重选择,16nm FinFET工艺对于Avant而言是非常好的选择。

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SERDES互联方面,与同类竞品器件相比,性能最高提升2倍,可提供更高的带宽并减少SERDES链路,降低系统成本及尺寸。目前,Avant最大能够支持25G SERDES,而以往莱迪思产品所能达到的SERDES最高速率是16G,此外,PCIe接口支持也升级到了Gen 4 x8,内存支持则从LPDDR4扩展到DDR5。

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“优化的计算”包含两个部分:一是瞄准AI推理应用,对片上计算单元中的DSP和嵌入式存储分布分别进行了强化和优化,更有利于边缘计算;二是增加了安全引擎,并优化、加强了加密算法。

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上市时间始终是客户最为关注的一个问题。为了便于客户更快地把Avant应用到实际产品中去,Avant可以利用莱迪思现有的所有软件解决方案,包括sensAI、mVision、Automate、ORAN解决方案集合;PROPEL、RANDIANT设计工具;各类IP、SDK套件和参考设计,用以缩短设计周期,加速开发。

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与任何新的嵌入式设计一样,安全性必须放在首位。为此,莱迪思的工程师们在Avant平台中采用了广泛的安全功能,如AES256-GCM、ECC、RSA、防篡改和物理不可检测功能(PUF)。这些功能使配置和用户数据都要加密和验证,为确保FPGA免受恶意攻击提供高级别的防护。此外,软错误检测和纠正确保能够快速检测到导致软错误的环境影响,以便采取适当的行动启动。

作为新的产品系列,Avant今后也会和Nexus平台一样针对不同应用场景和需求,陆续推出容量、接口、控制、视频规格不同的产品,与Nexus FPGA平台一起组成莱迪思“史上最强产品组合”。


Avant-E,专为网络边缘处理而生

莱迪思Avant-E FPGA是首款基于这一新平台的器件,拥有嵌入式存储器和18 x 18位DSP引擎,每个可配置为4个8 x 8位DSP,用以提高整体处理速度。架构中的分布式资源与AI ASIC芯片的架构类似,能够以较低的工作频率并行处理数据。与同类竞品器件相比,Avant-E FPGA的功耗降低了2.5倍之多。因此,可用作网络边缘设备的AI引擎,可以在现场重新编程,帮助系统架构师更好地跟上AI创新的步伐,这些优势是其他处理方案(如ASIC)难以实现的。

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有着明确时序要求的应用,包括工业环境中的机器视觉、机器人、机器人导航和安全摄像头是最能够发挥Avant-E FPGA优势的代表性场景。例如,自动化工厂的传送带高速移动,机器视觉摄像头在监控传送带上的产品时必须能够快速感知、思考并处理它接收的数据,在发现有瑕疵的产品时,快速将其挑出,进行人工检查。

在这一过程中,需要经过感知、思考和行动三个阶段,Avant-E FPGA则可以支持这三个关键功能硬件优化的端到端实现。

在“感知”层的预处理模块中,Avant-E FPGA拥有灵活的接口,可轻松集成不同类型的传感器,从而允许更多数据更快地进入流水线。数据或图像可以根据需要在接口中进行调整和改进,然后进入到流水线的后续操作。

进入使用AI从数据中获取智能的“思考”阶段,Avant-E中的硬件可编程性和超低功耗能够最小化密集计算的功耗。之后,凭借硬件加速后处理能力,Avant-E FPGA可以有效减少整个流水线的延迟,当需要在特定时间范围内执行操作时,这一特性非常有利于实现任务关键型应用。

结语

随着行业市场的要求越来越高、越来越细致化,这就要求FPGA能够根据客户需求做定制,或是提供更好的解决行业痛点的方案。因此,如何走出传统通用型应用市场,针对行业差异性、区分度,提供更适合每个行业的应用,这是FPGA新的发展机会,也是新的挑战。


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