Семейство Lattice CertusPro-NX вдохнет новую жизнь в ПЛИС общего назначения

Введение
CertusPro-NX — четвертое семейство ПЛИС, созданное на базе платформы Lattice Nexus в течение 18 месяцев. Оно имеет лучшие в своем классе потребляемую мощность, производительность и может применяться в самых разных областях. Наличие корпусов небольшого размера и интерфейсов PCIe Gen3, Gigabit Ethernet позволяют реализовывать на них алгоритмы искусственного интеллекта в конечных устройствах (edge AI), устройства промышленного «Интернета вещей» (Industrial IoT) и различные уровни управления в сетях 5G.

Компания Lattice Semiconductor надеется, что семейство CertusPro-NX вдохнет новую жизнь в застоявшийся сегмент ПЛИС средней логической емкости общего назначения. Эти микросхемы изготавливаются по технологии 28 нм кремний-на-изоляторе (К-н-И, FD-SOI), обладают низким энергопотреблением, небольшими габаритами и имеют логическую емкость до 96000 логических ячеек (LCs). В 2020 году рынок таких ПЛИС вырос примерно на 10% за счет устройств сотовой связи 5G, AI и «Интернета вещей». Применение ПЛИС в них обусловлено тем, что возможно вносить изменения и модернизировать уже готовые изделия в отличие от использования заказных микросхем (ASIC).

Рис. 1. Основные блоки ПЛИС CertusPro-NX: до 7,3 Мбит встроенной памяти, до 156 DSP блоков с умножителями 18×18, программируемая матрица до 96K LCs и до восьми настраиваемых 10 Гбит/с последовательных приемопередатчиков (SERDES), поддерживающих реализацию DisplayPort и CoaXPress соединений.

В новом семействе ПЛИС две микросхемы: CPNX-50K емкостью 52 000 логических ячеек и CPNX-100K емкостью 96000 логических ячеек. Первые кристаллы и инженерные образцы будут иметь 96000 логических ячеек. Как показано на рис. 1, настраиваемые ячейки ввода/вывода CPNX-100K будут поддерживать работу с внешней памятью LPDDR4 DRAM, впервые для ПЛИС такого класса. В три раза будет увеличен объем встроенной памяти, что позволит снизить энергопотребление при интенсивном обмене данными с ней. Использование 28-нм техпроцесса К-н-И позволило семейству CertusPro-NX добиться очень хороших результатов по снижению энергопотребления и интенсивности случайных сбоев (SER), что важно для многих приложений.

Помимо программируемой матрицы, ПЛИС CertusPro-NX имеют реализованные на кремнии аппаратные блоки, также снижающие энергопотребление. Среди них порт 10G Ethernet и четырехканальный контроллер PCIe Gen3. Особое внимание  было уделено времени конфигурирования, которое составляет менее 30 мс. Увеличение логической емкости и встроенной памяти, обновление PCIe-контроллера и настраиваемого интерфейса ввода/вывода позволяют реализовать на ПЛИС CertusPro-NX дополнительные функции и открывают новые возможности. Благодаря более новому дизайну эти ПЛИС обеспечивают лучшую производительность по сравнению с ПЛИС Intel Cyclone V GT и Xilinx Artix-7

Заключение
Новое семейство ПЛИС CertusPro-NX разработано компанией Lattice для таких быстроразвивающихся сегментов рынка, как машинное зрение, промышленный «Интернет вещей», сотовая связь 5G, и других. Увеличенный объем встроенной памяти и поддержка внешней памяти LPDDR4 позволили минимизировать потребление энергии во время интенсивной работы с памятью при реализации нейронных сетей. Технология К-н-И снижает энергопотребление и частоту отказов оборудования, делая микросхемы следующего поколения более надежными и дешевыми в эксплуатации. Наличие в новой ПЛИС SERDES 10 Гбит/с и наименьший в своем классе размер корпуса позволяют использовать их в системах небольшого размера для обработки данных, в том числе базовых станций для сот 5G. Кроме того, CertusPro-NX могут использоваться в оборонных системах, автомобильной электронике и для обработки потока видео. ПЛИС CertusPro-NX, Cyclone V GT и Artix-7 имеют примерно одинаковую логическую емкость, но Lattice предлагает поддержку LPDDR4, тогда как другие ПЛИС «застряли» на DDR3. CertusPro-NX также имеет больше встроенной памяти и лучшую в своем классе пропускную способность SERDES. ПЛИС Lattice могут передавать больший объем данных, потребляя на 75% меньше энергии, и позволяют сократить размер платы на 84%. CertusPro-NX компании Lattice — это единственное новое семейство ПЛИС средней логической емкости, которое появилось на рынке за последнее десятилетие. В течение многих лет данный сегмент никак не развивался. ПЛИС CertusPro-NX взяли все лучшее у своих предшественников и расширили возможности за счет большего объема встроенной памяти, 10 Гбит/с последовательных приемопередатчиков, увеличенной программируемой матрицы, новых версий PCIe Gen3 и LPDDR4, что позволило использовать их для таких приложений, как базовые станции 5G, промышленный Интернет и машинное зрение.