20nm的价值: 继续领先一代

关于摩尔定律的经济活力问题，有很多的讨论。在过去的一年中，20nm节点进入到这个辩论的前沿和中心。无论说辞如何，包括赛灵思在内的行业领导在20nm研发上的积极推动都没有停止。只有一个原因可以解释这些行业领导者的积极行动：20nm为创造更高的客户价值提供了巨大的机会，比如赛灵思，它使其客户能够应用到领先其领先竞争对手整整一代的产品系列，而且将为他们提供比以往任何时候都更具吸引力的ASIC和ASSP可编程替代方案。
赛灵思正在打造20nm All Programmable 产品系列，专门满足下一代的、更加“智能”、集成度更高、亟需更高带宽的系统。这些应用包括： 1）智能Nx100G - 400G有线网络；2）LTE高级无线基站部署智能自适应天线、认知无线电技术、基带和回程设备3）高吞吐量、低功耗的数据中心存储、智能网络和高度集成的低时延应用加速；4）图像/视频处理以及面向新一代显示、专业摄像机、工厂自动化、高级汽车驾驶员辅助和监视系统的嵌入式视觉；以及5）面向几乎所有可以想象到的应用的尖端连接技术。
在20nm保持领先一代的地位
为了解20nm所带给赛灵思产品和客户应用的真正价值，首先必须了解其在28nm技术创新上所实现的的超越节点的价值。对赛灵思来说，进入20nm, 并不是传统的FPGA简单地迁移到下一个节点，它已经在28nm时代推出了众多的FPGA创新，率先推出了全球行业第一个商用的All Programmable 3D IC和SoC。所有这些已经开始发售的All Programmable 器件，采用了所有形式的可编程技术，远远超出硬件可编程的范畴，实现了软件可编程，超出了数字进入了模拟混合信号（AMS），超出了单芯片发展到了多芯片的3D IC。这种新一代器件所带来的价值现在已经被数百家的客户所证明。
 
图1：赛灵思正在开发其第二代SoC,3D IC以及下一代FPGA
在20nm，赛灵思目前正在开发其第二代SoC和3D IC技术，以及下一代的FPGA技术。相比于竞争对手，赛灵思拥有多年前率先创新的先发优势。其中包括FPGA性能/瓦的突破，与客户一起更好微调的更成熟的SoC和3D IC技术，与其下一代Vivado设计套件“协同优化”的器件。赛灵思在系统中重新定义了高性能收发器的设计和优化。这让赛灵思能够更有效地把20nm的附加价值引入领先的和业经证明的28nm技术之中，让客户的创新继续保持领先一代。
从28nm到20nm FPGA进一步优化性能/瓦
28nm 7系列FPGA的创新，把工艺技术上的创新（与台积电(TSMC)共同开发的高性能低功耗（HPL）技术）与针对最小化静态和动态功耗、最大化主要构建模块性能的众多优化完美结合，让赛灵思能够提供超越节点的性能/瓦价值优势。与此同时，赛灵思还能够提供最高的I/O、DDR和收发器带宽，以及针对系统内信道优化的业界最佳的收发器自适应均衡器。
8系列FPGA为赛灵思在20nm继续保持领先一代的地位奠定了基础。这些器件将利用与台积电的28nm HPL工艺性能/瓦特征相似的20nm SoC工艺。将系统级性能提升2倍，内存带宽扩大2倍，总功耗降低50%，逻辑功能集成和关键系统建模加速1.5倍多。设计人员在高性能应用中，可以用到更高的速度架构及第二代专为系统而优化的收发器。而LTE无线、DSP和图像/视频应用的开发人员，可以利用其更快的DSP， BRAM和DDR4内存接口。所有应用都将受益于赛灵思的下一代路由体系结构，可以轻松地扩展超过90％的资源利用率，实现更高的结果质量及更快的设计收敛。
第一代到第二代All ProgrammableSoC
赛灵思的28nmZynq-7000 All Programmable SoC是行业第一个硬件、软件和I/O均可编程的器件。通过实现双核ARM®A9嵌入式系统、DSP、逻辑和主流AMS功能的集成，让赛灵思能够再次为行业提供领先一代的系统性能、集成度和低功耗
为在20nm继续居于领先一代的地位，赛灵思将借助一个新的异构处理系统，有效地提供更高的系统性能。这个嵌入式系统将被用超过 2倍的互连带宽耦合到下一代FPGA架构中。在芯片上的模拟混合信号性能将翻一番，同时可编程I/O将随着下一代DDR4和PCI Express®接口而升级。这种新级别的嵌入式处理性能和I/O带宽被赋予SoC级的功耗和安全管理。第二代All Programmable SoC将实现最高水平的可编程系统集成，并满足最严格的的系统级规格。
从第一代到第二代All Programmable 3D IC
和一个纯粹的单芯片解决方案所可能达到的结果相比，赛灵思28nm同构和异构Virtex® 3D IC把设计容量、系统级性能和系统集成的水平均整整翻了一番，提供了领先一代的价值优势。通过赛灵思堆叠硅片互连技术（SSIT）中的硅中介层，赛灵思 FPGA和收发器混合信号裸片和超过10,000个可编程互连集成在一起。
为在20nm继续领先一代，赛灵思将利用一个两级接口扩大其3D IC的架构，让同构和异构裸片的集成均能基于开放的行业标准实现。从而把逻辑容量扩展1.5倍或增加30-40M ASIC等效门的设计。此外，这些器件将拥有4倍的收发器带宽，利用> 33GB/s的收发器（最终到56GB/s）。此外，DDR4高性能存储器接口，以及具有更宽更高带宽、更低功耗的集成的存储裸片，将实现更高性能的应用。
要支持最高的级别、最高的性能和简便的设计，可编程互联的带宽要增加5倍以上。有了这个新级别的互连和新型可编程芯片和内存的功能，赛灵思正在开发第二代 All Programmable 3D IC技术，致力于实现最高层次的可编程系统集成。
 

图2：赛灵思利用下一代Vivado设计套件协同优化20nm硅片

针对结果质量和生产力从优化发展到“协同优化”
在领先地位不断扩展至28nm的过去4年中，赛灵思从头全新开发了一个下一代的设计环境与工具套件—Vivado。如果没有这样的设计套件，赛灵思公司的3D IC技术就不能得到有效的利用。对于FPGA和SoC，新的设计套件进一步把设计的结果质量（QOR）提升了高达3个速度等级，削减动态功耗高达50％，布线能力和资源利用率提升20％多，并加快实现速度高达4倍。
目前，赛灵思利用下一代Vivado设计套件，进一步“协同优化”其20nm芯片器件。通过构建和优化工具，器件和IP相结合，设计人员可以最大化地释放芯片的价值，同时缩短他们的设计和实现过程。因此，这些新一代20nm的FPGA中，第二代All Programmable SoC和第二代3D IC技术将可以提供领先一个节点的性能优势，大幅降低功耗，提供业界最高水平的可编程系统集成，并进一步加速集成和实现的速度。
提供更高的客户价值
半导体行业的领导者正在逐步发现20nm的价值，而且一些设计已经正在进行中。赛灵思公司看到了这个工艺节点所拥有的巨大潜力，因此也在不断地探索新的方式,致力于通过28nm已经建立且在20nm将继续扩展的创新技术持续发掘这些潜在的价值。这些新的产品将提供最引人注目的ASIC和ASSP可编程替代方案。把20nm技术部署在一个All Programmable FPGA和第二代SoC和3D IC技术相结合的产品系列之中，将使得赛灵思能够提供领先典型工艺节点整整一代的更高价值，同时也使得赛灵思及其客户都能够领先其竞争对手整整一点。当赛灵思的产品系列正式推出的时候将会宣布每个系列的更多细节。赛灵思在20nm FPGA上正同战略客户开展通力协作，并提供有限制进入的产品定义与技术文档信息。