Avant：解鎖FPGA創(chuàng)新新高度

過去3年來，盡管客戶十分認(rèn)可萊迪思 (Lattice) Nexus FPGA平臺(tái)在低功耗領(lǐng)域做出的種種創(chuàng)新，但在與他們的交流過程中，我們發(fā)現(xiàn)除功耗外，性能和尺寸也日益成為客戶關(guān)注的關(guān)鍵要素。幸運(yùn)的是，這些與萊迪思最擅長的領(lǐng)域完全吻合。于是，基于Nexus平臺(tái)取得的一系列創(chuàng)新成果，萊迪思推出了全新低功耗中端Avant FPGA平臺(tái)。

Avant產(chǎn)品主要面向通信、計(jì)算、工業(yè)和汽車等領(lǐng)域。與此前的產(chǎn)品相比，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。它的面世不但意味著萊迪思邁入了中端FPGA供應(yīng)商的行列，還打開了一扇通往30億美元增量市場的新大門。

打造史上最強(qiáng)產(chǎn)品組合

“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)，其關(guān)鍵的架構(gòu)亮點(diǎn)包括25G SERDES和并行I/O標(biāo)準(zhǔn)，可滿足各種接口的需求，支持各類外部存儲(chǔ)器接口，包括DDR4、DDR5和LPDDR4以及傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，與同類競品器件相比，封裝尺寸減小多達(dá)6倍，可實(shí)現(xiàn)高效的小尺寸系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

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)品的功耗比同類競品器件低2.5倍，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)營成本、增強(qiáng)可靠性。

與Nexus FPGA平臺(tái)選用FD-SOI制造工藝不同的是，此番Avant選擇了臺(tái)積電16nm FinFET工藝。主要基于以下兩方面的考量：一是盡管28nm FD-SOI工藝在功耗方面的確有優(yōu)勢，但FinFET的IP更豐富，更容易提升產(chǎn)量。從實(shí)際效果來看，16nm FinFET在低功耗上的表現(xiàn)也相當(dāng)不錯(cuò)；二是Avant還需要考慮計(jì)算能力，經(jīng)過慎重選擇，16nm FinFET工藝對(duì)于Avant而言是非常好的選擇。

SERDES互聯(lián)方面，與同類競品器件相比，性能最高提升2倍，可提供更高的帶寬并減少SERDES鏈路，降低系統(tǒng)成本及尺寸。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Gen 4 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。

上市時(shí)間始終是客戶最為關(guān)注的一個(gè)問題。為了便于客戶更快地把Avant應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品中去，Avant可以利用萊迪思現(xiàn)有的所有軟件解決方案，包括sensAI、mVision、Automate、ORAN解決方案集合；PROPEL、RANDIANT設(shè)計(jì)工具；各類IP、SDK套件和參考設(shè)計(jì)，用以縮短設(shè)計(jì)周期，加速開發(fā)。

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)?/span>Avant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)誤檢測和糾正確保能夠快速檢測到導(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)。

作為新的產(chǎn)品系列，Avant今后也會(huì)和Nexus平臺(tái)一樣針對(duì)不同應(yīng)用場景和需求，陸續(xù)推出容量、接口、控制、視頻規(guī)格不同的產(chǎn)品，與Nexus FPGA平臺(tái)一起組成萊迪思“史上最強(qiáng)產(chǎn)品組合”。

Avant-E，專為網(wǎng)絡(luò)邊緣處理而生

萊迪思Avant-E FPGA是首款基于這一新平臺(tái)的器件，擁有嵌入式存儲(chǔ)器和18 x 18位DSP引擎，每個(gè)可配置為4個(gè)8 x 8位DSP，用以提高整體處理速度。架構(gòu)中的分布式資源與AI ASIC芯片的架構(gòu)類似，能夠以較低的工作頻率并行處理數(shù)據(jù)。與同類競品器件相比，Avant-E FPGA的功耗降低了2.5倍之多。因此，可用作網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備的AI引擎，可以在現(xiàn)場重新編程，幫助系統(tǒng)架構(gòu)師更好地跟上AI創(chuàng)新的步伐，這些優(yōu)勢是其他處理方案(如ASIC)難以實(shí)現(xiàn)的。

有著明確時(shí)序要求的應(yīng)用，包括工業(yè)環(huán)境中的機(jī)器視覺、機(jī)器人、機(jī)器人導(dǎo)航和安全攝像頭是最能夠發(fā)揮Avant-E FPGA優(yōu)勢的代表性場景。例如，自動(dòng)化工廠的傳送帶高速移動(dòng)，機(jī)器視覺攝像頭在監(jiān)控傳送帶上的產(chǎn)品時(shí)必須能夠快速感知、思考并處理它接收的數(shù)據(jù)，在發(fā)現(xiàn)有瑕疵的產(chǎn)品時(shí)，快速將其挑出，進(jìn)行人工檢查。

在這一過程中，需要經(jīng)過感知、思考和行動(dòng)三個(gè)階段，Avant-E FPGA則可以支持這三個(gè)關(guān)鍵功能硬件優(yōu)化的端到端實(shí)現(xiàn)。

在“感知”層的預(yù)處理模塊中，Avant-E FPGA擁有靈活的接口，可輕松集成不同類型的傳感器，從而允許更多數(shù)據(jù)更快地進(jìn)入流水線。數(shù)據(jù)或圖像可以根據(jù)需要在接口中進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，然后進(jìn)入到流水線的后續(xù)操作。

進(jìn)入使用AI從數(shù)據(jù)中獲取智能的“思考”階段，Avant-E中的硬件可編程性和超低功耗能夠最小化密集計(jì)算的功耗。之后，憑借硬件加速后處理能力，Avant-E FPGA可以有效減少整個(gè)流水線的延遲，當(dāng)需要在特定時(shí)間范圍內(nèi)執(zhí)行操作時(shí)，這一特性非常有利于實(shí)現(xiàn)任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用。

結(jié)語

隨著行業(yè)市場的要求越來越高、越來越細(xì)致化，這就要求FPGA能夠根據(jù)客戶需求做定制，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，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)。