Avant FPGA：創(chuàng)新的步伐永不停歇

作為萊迪思成功邁入中端FPGA供應(yīng)商行列的標(biāo)志性事件，2022年底低功耗中端Avant FPGA平臺(tái)的發(fā)布，在與Nexus FPGA平臺(tái)一起組成萊迪思“史上最強(qiáng)產(chǎn)品組合”的同時(shí)，也幫助公司打開了一扇通往30億美元增量市場(chǎng)新大門。

解鎖FPGA創(chuàng)新新高度

與Nexus產(chǎn)品相比，面向通信、計(jì)算、工業(yè)和汽車等領(lǐng)域的Avant平臺(tái)在性能和硬件資源方面得到了進(jìn)一步的強(qiáng)化，例如邏輯單元容量達(dá)到了500K，相比以往100K-150K的配置，提升了5倍；帶寬提升了10倍；計(jì)算性能提升30倍。如果與同類競(jìng)品器件相比，功耗和封裝尺寸分別降低了2.5倍和6倍，但速度卻提升了2倍，可在小尺寸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)更高的性能。

“低功耗”、“先進(jìn)的互聯(lián)”和“優(yōu)化的計(jì)算”是Avant平臺(tái)的三大核心特點(diǎn)。與現(xiàn)有的中端FPGA相比，得益于專為低功耗設(shè)計(jì)的可編程結(jié)構(gòu)、功耗優(yōu)化的嵌入式存儲(chǔ)器和DSP、低功耗高性能SERDES與I/O設(shè)計(jì)、內(nèi)置協(xié)議邏輯等全方位優(yōu)化措施，Avant系列產(chǎn)品的功耗得到了顯著降低，可幫助系統(tǒng)和應(yīng)用工程師大幅提高功耗和散熱設(shè)計(jì)的效率、降低運(yùn)營(yíng)成本、增強(qiáng)可靠性。

SERDES互聯(lián)方面，目前，Avant最大能夠支持25G SERDES，而以往萊迪思產(chǎn)品所能達(dá)到的SERDES最高速率是16G，此外，PCIe接口支持也升級(jí)到了Gen4 x8，內(nèi)存支持則從LPDDR4擴(kuò)展到DDR5。

“優(yōu)化的計(jì)算”包含兩個(gè)部分：一是瞄準(zhǔn)AI推理應(yīng)用，對(duì)片上計(jì)算單元中的DSP和嵌入式存儲(chǔ)分布分別進(jìn)行了強(qiáng)化和優(yōu)化，更有利于邊緣計(jì)算；二是增加了安全引擎，并優(yōu)化、加強(qiáng)了加密算法。

與任何新的嵌入式設(shè)計(jì)一樣，安全性必須放在首位。為此，萊迪思的工程師們?cè)贏vant平臺(tái)中采用了廣泛的安全功能，如AES256-GCM、ECC、RSA、防篡改和物理不可檢測(cè)功能(PUF)。這些功能使配置和用戶數(shù)據(jù)都要加密和驗(yàn)證，為確保FPGA免受惡意攻擊提供高級(jí)別的防護(hù)。此外，軟錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正確保能夠快速檢測(cè)到導(dǎo)致軟錯(cuò)誤的環(huán)境影響，以便采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)啟動(dòng)。

新的里程碑

作為新的產(chǎn)品系列，針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景和需求，陸續(xù)推出容量、接口、控制、視頻規(guī)格不同的產(chǎn)品是一件十分自然的事情。因此，繼2022年12月推出“專為網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用優(yōu)化的低功耗FPGA”Avant-E之后，在2023年舉行的首屆線上開發(fā)者大會(huì)上，萊迪思又發(fā)布了“尖端的通用FPGA”Avant-G和“先進(jìn)的互連FPGA”Avant-X，目標(biāo)市場(chǎng)和Avant-E存在一定的差別。

Avant-G的關(guān)鍵特性包括領(lǐng)先的信號(hào)處理和AI，高度靈活的I/O支持各種系統(tǒng)接口，以及專用的LPDDR42400Mbps接口，可提供高達(dá)637K密度的系統(tǒng)邏輯單元、高達(dá)28-12.5G的SerDes、以及多達(dá)7200個(gè)INT8乘法器和35.6Mb嵌入式存儲(chǔ)器。由于其SERDES速度和高速IO的嵌入式存儲(chǔ)器速度更高，非常適合橋接功能，加之?dāng)U展能力強(qiáng)，可適用于不同規(guī)模的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

而更多面向“信號(hào)聚合”和“提升系統(tǒng)吞吐量”應(yīng)用的Avant-X則擁有同類產(chǎn)品中最小的封裝尺寸，可提供高達(dá)637K密度的系統(tǒng)邏輯單元和高達(dá)28-25G的SerDes，能夠支持1TB/s的總系統(tǒng)帶寬，也實(shí)現(xiàn)了帶硬核DMA的PCIe Gen 4控制器特性。多達(dá)7200個(gè)INT8乘法器和35.6Mb嵌入式存儲(chǔ)器，可實(shí)現(xiàn)AI/ML算法的高效實(shí)現(xiàn)以及高速接口的數(shù)據(jù)包緩沖，加上安全引擎加強(qiáng)，客戶數(shù)據(jù)可進(jìn)行動(dòng)態(tài)加密。

與硬件產(chǎn)品配套的軟件和解決方案堆棧也與產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了同步更新，包括用于AI的Lattice sensAI、用于嵌入式視覺的LatticemVision、實(shí)現(xiàn)安全功能的Lattice Sentry、用于自動(dòng)化工廠的LatticeAutomate，通過(guò)升級(jí)加速器引擎提高性能、擴(kuò)展IP和參考設(shè)計(jì)、添加安全功能以及啟用更多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，讓客戶的開發(fā)和上市時(shí)間進(jìn)一步加快。

具體而言，Lattice sensAI性能提升3倍，以“支持更多網(wǎng)絡(luò)條碼檢測(cè)和視頻分析”；Lattice mVision提供更多擴(kuò)展傳感器/視頻橋接方案，如MIPI轉(zhuǎn)HDMI、SLVS-EC/MIPI轉(zhuǎn)PCIe；Lattice Sentry“在網(wǎng)絡(luò)彈性、信任方面，基于Mach-NX的平臺(tái)固件保護(hù)恢復(fù)(PFR)在繼續(xù)完善中，使得系統(tǒng)更容易保護(hù)、檢測(cè)和恢復(fù)”；LatticeAutomate除了普通通信協(xié)議外，加強(qiáng)了對(duì)OPC UA的支持，包括馬達(dá)控制參考設(shè)計(jì)。

軟件工具方面，Lattice Propel和LatticeRadiant軟件全面支持新的Lattice Avant-G和Avant-XFPGA系列，為Radiant引入增強(qiáng)的易用性和腳本編寫，并擴(kuò)展了PropelIP產(chǎn)品組合，幫助提升客戶的設(shè)計(jì)體驗(yàn)和設(shè)計(jì)環(huán)境。同時(shí)，先進(jìn)的視覺軟件Glance by Mirametrix新增了Smart Avatar智能化身隱私功能和低功耗3D頭部姿勢(shì)檢測(cè)，有助于增強(qiáng)其在各類市場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用中的適用性。

應(yīng)用場(chǎng)景更加豐富

網(wǎng)絡(luò)邊緣智能、傳感器到云端互連和彈性的安全機(jī)制，既是Avant新品的重要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，也是最能夠發(fā)揮AvantFPGA優(yōu)勢(shì)的代表性場(chǎng)景。

例如在視頻互聯(lián)和AI推理場(chǎng)景中，由于Lattice FPGA支持更高的SERDES速度協(xié)議，性能可比其他FPGA提高2倍，AI推理性能比MCU提升35倍，這對(duì)追求實(shí)時(shí)響應(yīng)的工業(yè)控制和邊緣AI領(lǐng)域來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)好消息。而在低功耗存儲(chǔ)傳輸系統(tǒng)中，得益于Avant-G/X高能效的存儲(chǔ)接口設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)的功耗不但可降低2.5倍，而且熱設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，產(chǎn)品的電池壽命也更長(zhǎng)。

另一個(gè)典型的邊緣AI加強(qiáng)應(yīng)用來(lái)自工業(yè)安全領(lǐng)域，即“識(shí)別已知的操作員，發(fā)現(xiàn)‘專注/分心的操作員’，并做出警告”，這是通過(guò)用戶認(rèn)證實(shí)現(xiàn)安全和保護(hù)，提高安全性，并且優(yōu)化了能效的代表性案例。

平臺(tái)固件保護(hù)恢復(fù)、數(shù)據(jù)保護(hù)方面，得益于萊迪思在安全敏捷性、應(yīng)對(duì)后量子威脅和可信根等領(lǐng)域具備的優(yōu)勢(shì)，以及“最先上電、最后斷電的安全保護(hù)”，Avant實(shí)現(xiàn)了50ms以內(nèi)的上電速度，配置時(shí)間提高10倍以上，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化了終端用戶體驗(yàn)，提升了安全和穩(wěn)定性。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，越來(lái)越多的行業(yè)市場(chǎng)要求FPGA能夠根據(jù)客戶需求做定制化，或是提供更好的解決行業(yè)痛點(diǎn)的方案。因此，如何走出傳統(tǒng)通用型應(yīng)用市場(chǎng)，針對(duì)行業(yè)差異性、區(qū)分度，提供更適合每個(gè)行業(yè)的應(yīng)用，這是FPGA新的發(fā)展機(jī)會(huì)，也是新的挑戰(zhàn)。萊迪思正憑借快速擴(kuò)展的硬件和軟件產(chǎn)品組合，幫助客戶以更高水平的能效和性能加速設(shè)計(jì)，開啟下一個(gè)創(chuàng)新時(shí)代。