嵌入式FPGA IP正在發現更廣闊的用武之地

在日前落幕的“中國集成電路設計業2023年會暨廣州集成電路產業創新發展高峰論壇（ICCAD 2023）”上，Achronix的Speedcore?嵌入式FPGA硅知識產權（eFPGA IP）受到了廣泛關注，預約會議、專程前往或者駐足詢問的芯片設計業人士的數量超過了往屆，表明了越來越多的國內開發者正在考慮為其ASIC或SoC設計添加高性能eFPGA邏輯陣列。

眾多潛在用戶的需求，反映了當前各行各業都在加速導入智能化技術，并利用eFPGA來在其ASIC或SoC中添加硬件數據處理加速功能，并為不斷演進的算法或者標準保留可編程性。Speedcore eFPGA IP包括了查找表、存儲器、數字信號處理器（DSP）和機器學習處理器（MLP）等構建模塊。它們都采用了模組化的結構設計，以支持客戶根據其客制化終端系統的需求，來量身定制相應的資源組合。

Achronix的Speedcore IP以GDSII格式提供，同時提供相應的文檔，以支持設計師將Speedcore eFPGA實例集成到其特有的ASIC之中。Achronix還提供配套的ACE設計工具，用于編譯針對Speedcore eFPGA的設計。目前，Speedcore eFPGA IP已被全球數十家領先的科技企業采用，總的出貨量超過了1500萬。

簡要功能介紹

由于Speedcore eFPGA是一款嵌入式IP，因此它被設計為整個ASIC的一個單元組件，被ASIC的其他完全定制的單元模組所包圍（見下圖）。Speedcore eFPGA包括以下功能:

●   可編程內核邏輯陣列，具有客戶自定義的功能

●   內核I/O環

●   FPGA配置單元（FCU）

●   配置存儲器（CMEM）

●   用于調試和編程的接口

●   用于測試的接口（DFT）

核心資源介紹

通過選擇下列每種資源的數量，就可以定義一個定制Speedcore eFPGA IP的功能：

●   邏輯 - 6輸入查找表（LUT），加上集成的快速加法器

●   邏輯RAM - 兩種選擇：

●   用于LRAM2k的每個存儲器單元的容量最多可達2Kb，其中包括與MLP緊耦合的存儲器

●   用于LRAM4k的每個存儲器單元的容量最多可達4Kb

●   Block RAM - 兩種選擇：

●   用于BRAM20k的每個存儲器單元的容量最多可達20Kb

●   用于BRAM72k的每個存儲器單元的容量最多可達72Kb，包括與MLP緊耦合的存儲器

●   DSP64 - 每個單元模塊有一個18 x 27乘法器、64位累加器和27位預加法器

●   MLP  - 機器學習處理器（MLP）模塊，包含乘法器、加法器、累加器和緊耦合存儲器（包括BRAM72k和LRAM2k）

交付與應用價值

由于Achronix采用了根據客戶需求來定制GDSII的商業模式，每個Speedcore eFPGA實例的資源模塊的數量和組合都是基于客戶需求來搭配提供。Achronix的Speedcore eFPGA IP可用于臺積電（TSMC）的16FF+、16FFC、12FFC、7nm、5nm和3nm工藝技術節點，也可以移植到其他工藝節點上。

在ASIC或者SoC中嵌入Speedcore eFPGA將帶來諸多好處，與一款獨立的FPGA芯片相比，Speedcore eFPGA IP提供了以下優點：

●   降低功耗多達75%

●   節省90%的成本

●   延遲縮短到1/100，同時帶寬提高了10倍。

因此，Speedcore eFPGA具有極高的應用價值。

開發與編程

Achronix是唯一一家可以同時大批量生產并交付eFPGA IP和獨立FPGA芯片的公司，而且它們都采用同一套ACE開發工具來支持。設計人員可以100％確信Speedcore eFPGA IP將會正常工作，因為它在Achronix的Speedster系列獨立FPGA 芯片中已得到了全面的驗證，并且經過了大量的流片驗證。

由于Speedcore eFPGA IP采用的是與Achronix的獨立FPGA芯片和搭載Achronix Speedster7t FPGA芯片的VectorPath加速卡相同的工具，開發人員可以先在這些獨立FPGA芯片或者加速卡上完成設計，然后再移植到Speedcore eFPGA上?？蛻艨梢赃x擇以下所列配置接口中的一項或多項組合來進行編程：

●   JTAG

●   并行CPU（x1、x8、x16、x32、x128數據寬度模式）

●   串行閃存（1個或4個閃存器件）

●   128位AXI總線

總結與展望

Achronix的Speedcore eFPGA IP保持了高端FPGA的性能，最高運行頻率可達750MHz，典型的運行頻率也可以達到300MHz-500MHz，可以為ASIC或者SoC提供高性能硬件加速，是諸多智能化應用和邊緣計算的理想選擇，因而被領先科技企業選擇用于通信基礎設備、網絡加速、智能駕駛和金融科技等多種應用中。

從我們在ICCAD 2023上與客戶的交流來看，一些領先的國內系統公司和芯片設計企業已經認識到eFPGA的優點與價值，并進一步在探討與Achronix進行基于eFPGA的chiplet等新的合作模式。因此，我們可以展望在未來幾年中，集成了Speedcore等eFPGA的ASIC或者SoC將是智能化和高速網聯等領域內芯片設計企業的一條重要的創新之道。