на 2024/12/19 2,957

Встроенные FPGAS и FPGA Chiplets: Инновации в SOC и Designs SIP

Полевые программируемые массивы ворот (FPGA) произвели революцию в разработке системы с их гибкостью и реконфигурируемостью.Интеграция FPGA в систему на чипсах (SOCS) отмечает замечательный сдвиг, оптимизируя стоимость, эффективность питания и производительность.Через встроенные FPGAS (EFPGAS) или FPGA Chiplts (CFPGAS) вы можете создать решения, адаптированные к современным требованиям.В этой статье рассматривается синергия между FPGA и SOCS, демонстрируя приложения в облачных платформах, телекоммуникациях и акселераторах ИИ.Мы также рассмотрим различия и преимущества чипов EFPGA и CFPGA, подчеркивая их роль в обеспечении масштабируемости и эффективности для сложных конструкций.

Каталог

Встроенные методы интеграции FPGA и FPGA

По мере роста спроса на более эффективные и универсальные вычислительные системы растет, полевые программируемые массивы (FPGA) все чаще интегрируются в системные архитектуры с помощью двух основных методов: встроенных FPGA (EFPGA) и FPGA Chiplts (CFPGA).Эти методы представляют собой отдельные подходы для включения программируемой логики в современные электронные системы, каждый из которых адаптирован для решения конкретных требований к проектированию и производительности.

Интеграция EFPGA

Структура EFPGA

Концепция EFPGA

Встроенные FPGAS (EFPGAS) включают в себя включение ядер интеллектуальной собственности FPGA (IP) непосредственно в дизайн системы на чипе (SOC).Эти ядра FPGA могут быть реализованы как мягкие ядра (гибкие и настраиваемые) или твердые ядра (фиксированные и высоко оптимизированные).Эта интеграция выравнивает процесс процесса FPGA с производственным процессом SOC, который повышает совместимость, оптимизирует характеристики мощности и производительности и снижает сложность проектирования.

Ключевым преимуществом EFPGA является их способность обеспечивать оптимизированное соединение ввода/вывода (вход/вывод) для различных компонентов SOC.Например, EFPGAS может эффективно соединяться с шинами, путями данных или физическими интерфейсами (PHIP), улучшая общую системную связь.В то время как технология EFPGA была первоначально концептуализирована в академических исследованиях, ее переход к коммерческому использованию за последние пять лет был заметным.Компании из Соединенных Штатов, Франции и China стали лидерами в разработке и развертывании EFPGA, с акцентом на различные приложения, такие как встроенные устройства с низким энергопотреблением и специализированные ускорители.

Интеграция CFPGA

Структура чипа

Концепция чипа

Чисы FPGA (CFPGAS) представляют собой отдельный подход к интеграции, полагаясь на технологию чипов для создания модульных, гетерогенных систем.Этот метод возник из программы DARPA (Common Heterogy Integration и стратегии повторного использования IP) и опирается на концепцию интеграции нескольких чип-модулей в системный пакет (SIP).

Интеграция CFPGA использует взаимодействия Die-Die, обеспечивая высокоскоростную связь между дискретными чип-модулями, такими как контроллеры ввода-вывода, умирающие памяти и единицы нейронной обработки (NPU).Поддерживая гетерогенные узлы процесса (различные технологии производства для разных модулей), CFPGA позволяет включать в себя современные компоненты наряду с экономически эффективными унаследованными проектами.Эта гибкость в основном полезна для приложений, требующих быстрых итераций проектирования и сознательных затрат на производственные циклы.

Технология Chiplet имеет свои корни в концепциях мультизипов модулей 1970-х годов, но ее эволюция сделала ее полезной стратегией для преодоления проблем замедления достижений кремниевых процессов.Сегодня лидеры отрасли, такие как Marvell, AMD и Intel, приняли решения CFPGA для поддержания повышения производительности и расширения полезности существующих технологий производства.

Инновационные высокоскоростные взаимосвязанные решения для систем FPGA

Как для EFPGA, так и для CFPGAS высокоскоростная передача данных является серьезной для их функциональности.Такие технологии, как Serdes (Serializer/Deserializer), играют ключевую роль в обеспечении эффективного перемещения данных на плитках или модулях чипа в системе CFPGA.

Прорывная инновация в этой области-встроенный Intel Multi-Die Interconnect Bridge (EMIB).EMIB обеспечивает взаимосвязь с низкой задержкой с высокой пропускной способностью между чипами в том же пакете.Совместная компоненты FPGA и SOC, эта технология обеспечивает более быстрый обмен данными и обеспечивает более плотную интеграцию чиплетов.Эта возможность полезна для приложений, требующих высокой вычислительной пропускной способности, таких как центры обработки данных, обработка ИИ и передовая обработка сигналов.

Особенность	Virtex-7 2000t	Virtex-7 H870t	Virtex US+ Vu3xp
Тип интеграции	Несколько FPGA умирает	Несколько чипов FPGA & Serdes	Несколько умирает FPGA & HBM
Описание	Четыре однородные 28 -нм FPGA умирает по интерпозиру	До трех FPGA и двух чипов 28G Serdes	До трех FPGA и двух чипов HBM2
Взаимосвязь	10000-х сигналов System-Synchronous Interconnect	10000-х сигналов System-Synchronous Interconnect	10000-х сигналов System-Synchronous Interconnect
Дополнительная функция	-	-	2x HBM2 DDR Interconnect (~ 3500 интерфейсных сигналов)
Год объявления	2011	2012	2017

Преимущества и недостатки

Аспект	CFPGA (Chip FPGA)	EFPGA (встроенная FPGA)
Плюс	- Поддерживает межметральное слияние нескольких узлов процесса.	- Нет необходимости в технологиях взаимосвязанного соединения SOC.
	- Разработано для стандартизированного модульного IP.	- Устраняет необходимость в дорогостоящем многоотборном пакете субстраты.
	- модуль с фиксированной чип Итерация проектов SIP.	- повышает настраиваемость и гибкость FPGA для Индивидуальная настройка детализации.
Минусы	- Высокая стоимость многочисленной упаковки с использованием субстратов.	- Стоимость Die EFPGA+SOC ниже, чем другие решения.
	-Требуется выделенный интерфейс чипа к шипе на SOC (Может не быть знакомым или доступным от поставщиков PHY IP).	- Маленькие чипсы недоступны, и требуемый чип Площадь на SOC минимальна.
	- наименьший чип FPGA может все еще превышать требования (Слишком много латов).	- Архитектура с распределенным EFPGA по всему чипу может усложнить проектирование системы и интеграцию.
	- лучше всего подходит для одного большого блока FPGA, а не Распределенные вычислительные блоки.