Achronix Speedcore eFPGA的特性和功能

Speedcore嵌入式FPGA（embedded FPGA，eFPGA）知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）產(chǎn)品是Achronix公司于2016年推出的顛覆性技術(shù)，并于當(dāng)年開始向最終客戶交付，目前出貨量已經(jīng)超過(guò)2500萬(wàn)。

Achronix的第四代Speedcore eFPGA IP（Speedcore Gen4），該產(chǎn)品添加了機(jī)器學(xué)習(xí)處理器（MLP）模塊，在保留原有功能的基礎(chǔ)上，將性能提高了60％、功耗降低了50％、芯片面積減少65％，可為需要大量計(jì)算和I/O帶寬的全新人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)及高性能應(yīng)用提供強(qiáng)有力的支持。Speedcore Gen4在多個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)上可用，包括臺(tái)積電（TSMC）的7納米工藝技術(shù)等。

利用Speedcore eFPGA IP，客戶可以將FPGA功能集成到他們的SoC中，使他們既可以擁有在ASIC中才能實(shí)現(xiàn)的最佳硬件加速平衡，又可以擁有FPGA技術(shù)的靈活性和可編程性。

本文詳細(xì)介紹了Speedcore eFPGA的特性和功能，歡迎您閱讀，以進(jìn)一步了解該產(chǎn)品。您也可以在Achronix微信公眾號(hào)的“產(chǎn)品介紹”欄目中隨時(shí)閱讀本文。

產(chǎn)品亮點(diǎn)

Speedcore嵌入式FPGA（eFPGA）知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）——唯一一款已在各種大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用中采用的eFPGA技術(shù)。

客戶可自定義eFPGA的資源，包括邏輯資源、RAM資源、機(jī)器學(xué)習(xí)處理器（MLP）/DSP模塊、二維片上網(wǎng)絡(luò)(2D NoC)：

邏輯單元——6輸入查找表（LUT），并且集成了廣泛的MUX函數(shù)和快速加法器

邏輯RAM —— LRAM2k每個(gè)存儲(chǔ)模塊的容量為2kb；LRAM4k每個(gè)存儲(chǔ)模塊的容量為4kb

塊RAM —— BRAM72k每個(gè)存儲(chǔ)模塊的容量為72kb；BRAM20k每個(gè)存儲(chǔ)模塊的容量為20kb

DSP64模塊——每個(gè)模塊都帶有18×27乘法器、64位累加器和27位預(yù)加器

機(jī)器學(xué)習(xí)處理器（MLP）——在DSP64基礎(chǔ)上做了升級(jí)。支持整數(shù)(int4/int8/in16/int32)和浮點(diǎn)格式(FP24,FP16,bfloat16)。對(duì)不同的乘法器精度，每個(gè)MLP可支持的乘法器數(shù)量會(huì)不同，最多支持32個(gè)乘法器/累加器（MAC）

2D NoC——用戶還可以在定制二維片上網(wǎng)絡(luò)2D NoC，以實(shí)現(xiàn)大帶寬的高效數(shù)據(jù)交互。

客戶自定義的模塊

Achronix以一個(gè)GDSII的形式提供eFPGA IP。

SpeedcoreIP在以下工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)上可用：

TSMC 16FFC

TSMC 12FFC

TSMC N7/N6

TSMC N3A

SpeedcoreIP也可以移植到其他工藝節(jié)點(diǎn)上

Speedcore的性能：

最高運(yùn)行頻率：750MHz

典型運(yùn)行頻率：300MHz-500MHz

延遲最低的接口：

在Speedcore實(shí)例與宿主SoC之間僅有一步延遲

支持零延遲接口

Achronix的ACE設(shè)計(jì)工具可為Speedcore IP提供支持：

功能齊全的工具可為以Speedcore eFPGA為目標(biāo)的RTL進(jìn)行綜合、布局、布線和優(yōu)化性能等操作

包括用于綜合的Synplify Pro工具

易于評(píng)估：

使用Achronix的ACE設(shè)計(jì)工具進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試的設(shè)計(jì)

使用VectorPath加速卡驗(yàn)證功能

Speedcore eFPGA IP為ASIC和SoC帶來(lái)了可編程邏輯的強(qiáng)大功能和靈活性。客戶明確其邏輯LUT、RAM、MLP/DSP資源、NoC等需求，然后Achronix就會(huì)配置滿足其個(gè)性化需求的Speedcore IP。Speedcore查找表（LUT）、RAM、MLP和DSP64模塊等可以像積木一樣進(jìn)行組裝，從而為任何給定的應(yīng)用創(chuàng)建優(yōu)化的可編程結(jié)構(gòu)。在Speedcore IP的交付包中，還包括一個(gè)ACE設(shè)計(jì)工具的個(gè)性化版本，用于對(duì)Speedcore IP進(jìn)行編程。

Speedcore集成框圖

Speedcore eFPGA技術(shù)已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并且自2016年起開始交付給最終客戶，目前出貨量已經(jīng)超過(guò)2500萬(wàn)。Achronix的客戶包括一些全球最大的科技公司。這些公司已經(jīng)認(rèn)識(shí)到Speedcore IP是一種顛覆性技術(shù)，可以使他們顯著提高其系統(tǒng)的整體性能。

在SoC中嵌入Speedcore技術(shù)將帶來(lái)諸多好處，與一款獨(dú)立的FPGA芯片相比，Speedcore eFPGA IP提供了以下優(yōu)點(diǎn)：

降低75%的功耗

節(jié)省90%的成本

1/100的延遲

高10倍的帶寬

Speedcore eFPGA可以最小化芯片面積，提高性能，降低功耗，減少成本并且令SoC設(shè)計(jì)歷久彌新

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的技術(shù)

構(gòu)建SoC的成本和風(fēng)險(xiǎn)非常高，不能冒險(xiǎn)使用未經(jīng)驗(yàn)證的嵌入式IP。Achronix是唯一一家可以同時(shí)大批量生產(chǎn)并交付eFPGA和獨(dú)立FPGA的公司。設(shè)計(jì)人員可以100％確信SpeedcoreIP將會(huì)正常工作，因?yàn)樗训玫饺娴尿?yàn)證，并且經(jīng)過(guò)了流片驗(yàn)證。

工藝技術(shù)

Speedcore IP在臺(tái)積電的16FFC, 12FFC，N7/N6, N3A工藝節(jié)點(diǎn)上均可用。對(duì)于其他工藝技術(shù)，Achronix可以輕松移植SpeedcoreIP以支持其需求。請(qǐng)聯(lián)系A(chǔ)chronix獲取更多關(guān)于移植Speedcore技術(shù)的詳細(xì)信息。

評(píng)估Speedcore eFPGA

在將Speedcore技術(shù)部署于SoC中之前，Achronix可以輕松地對(duì)其進(jìn)行評(píng)估：

通過(guò)使用一個(gè)Speedcore eFPGA的示例實(shí)例，Achronix的ACE設(shè)計(jì)工具可被用來(lái)編譯設(shè)計(jì)，以對(duì)性能、資源使用率和編譯時(shí)間等進(jìn)行評(píng)估。

Achronix使用其Speedcore芯片尺寸生成器（Speedcore Die Size Builder）工具來(lái)估算eFPGA實(shí)例的大小。

評(píng)估設(shè)計(jì)可以被加載到Achronix的VectorPath加速卡中，以驗(yàn)證功能和性能。

此外，SpeedcoreIP附帶超過(guò)一千頁(yè)的詳細(xì)文檔，以幫助您將該技術(shù)集成到您的SoC中。Achronix還提供了如下一些現(xiàn)場(chǎng)教程：

基準(zhǔn)測(cè)試和評(píng)估

物理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

時(shí)鐘和復(fù)位網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

時(shí)序收斂

配置

驗(yàn)證

Speedcore支持廣泛的應(yīng)用

將Speedcore技術(shù)嵌入復(fù)雜的器件中，除了這些直接客觀上的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)人員還可以為其SoC設(shè)計(jì)增加獨(dú)有的、長(zhǎng)期的價(jià)值。Speedcore IP內(nèi)核作為可重新配置的協(xié)處理器和硬件加速器來(lái)支持各種各樣的任務(wù)，相比面向字的（word-oriented）CPU架構(gòu)，這些任務(wù)在面向位的（bit-oriented）FPGA架構(gòu)上執(zhí)行時(shí)顯然更加高效——諸如SQL卸載引擎、inline I/O處理、加密、搜索引擎算法加速、壓縮和增強(qiáng)多媒體處理等功能。無(wú)論是使用Speedcore技術(shù)已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的應(yīng)用，還是目前正在由SoC設(shè)計(jì)人員使用Speedcore IP實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用，其范圍都在不斷擴(kuò)大。

關(guān)于Achronix半導(dǎo)體公司

Achronix半導(dǎo)體公司是一家私有的、采用無(wú)晶圓廠模式的半導(dǎo)體公司，總部位于美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉市，同時(shí)提供高性能FPGA和嵌入式FPGA（eFPGA）解決方案。Achronix歷來(lái)都是高性能FPGA市場(chǎng)向前發(fā)展的推動(dòng)者之一。Achronix提供的產(chǎn)品包括可編程的FPGA結(jié)構(gòu)，具有硬連線系統(tǒng)級(jí)模塊的高性能、高密度獨(dú)立FPGA，數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算（HPC）硬件加速器板，以及支持所有Achronix產(chǎn)品的一流EDA軟件。公司在美國(guó)、歐洲和中國(guó)都設(shè)有銷售辦公室和代表處，在印度班加羅爾設(shè)有一間研發(fā)和設(shè)計(jì)辦公室。