Altera 28nm FPGA突破带宽瓶颈应对云计算时代

电子技术应用网记者 木 易

Altera继今年2月公布了28 nm新工艺上的三大创新技术：嵌入式HardCopy模块、部分重新配置和28 Gbps收发器技术后，于4月20日发布基于28 nm的Stratix V系列FPGA。

“从移动互联网的演进趋势，3G网络、光纤到户、高清视频、云计算等，每年对带宽需求的增长在50%以上；骨干网上 40 G、100 G系统应用越来越多，很快会演进到400 G系统；数字影院和军事信息系统、医疗等应用对成本和功耗、带宽提出了更多的要求。”如何迅速提高系统带宽并能同时满足严格的功耗和成本要求呢？在4月20日的Stratix V FPGA发布会上，Altera公司产品及企业市场副总裁Vince Hu先生说，“针对客户所面临的带宽挑战，Stratix V FPGA系列不是单纯将工艺从40 nm过渡到28 nm，而是超越摩尔定律，创造性地采用28 nm新工艺上的三大创新技术。”

Stratix V FPGA系列采用TSMC 28 nm高性能(HP)工艺进行制造，相比其他工艺，总性能提高了35%，功耗降低了30%，可获得更高的模拟收发器性能。

Stratix V性能的提高主要体现在I/O、内核、成本和功耗上。Stratix V FPGA系列包括四种型号产品：Stratix V GT集成28 Gb/s收发器，面向100 G以上系统；Stratix V GX面向需要宽的数据收发器应用，支持600 Mb/s至12.5 Gb/s收发器；Stratix V GS适用于高性能数字信号处理(DSP)应用；Stratix V E适用于ASIC原型开发和仿真以及高性能计算应用的高密度FPGA。

高带宽I/O

Stratix V FPGA最高含有66个高性能、低功耗12.5 Gb/s收发器，支持3 G、6 G和10 G协议以及电气标准，满足兼容性要求，例如，10 G/40 G/100 G、Interlaken 和 PCI Express®(PCIe®)Gen 3、Gen2、Gen 1。 VinceHu先生说：“由于Stratix V嵌入了HardCopy模块，上述协议的演进和改变只需3～6个月的时间即可完成。嵌入式HardCopy模块帮助用户缩短了设计面市时间，同时降低了成本和功耗。对于Altera而言，这一创新使其能够面向特定市场迅速开发不同型号的产品。”

Stratix V FPGA还支持与10 G背板(10GBASE-KR)和光模块的直接链接。Stratix V GT FPGA的28 Gb/s收发器设计用于满足CEI-28G规范。除了收发器带宽，Stratix V FPGA还包括一个 7×72位 1 600 Mb/s DDR3存储器接口，以及所有I/O上的1.6 Gb/s LVDS通道。

高性能内核

Altera对Stratix V FPGA内核体系结构进行了改进，提高了面积和逻辑效率以及系统性能。包括：(1)新的自适应逻辑模块(ALM)体系结构，在最大的器件中额外增加了800 K寄存器，提高了逻辑效率。ALM体系结构适用于需要大量流水线和寄存器的设计。(2)含有M20K模块的增强嵌入式存储器结构，提高了面积效率，性能更好。(3)业界第一款精度可变DSP模块，在视频处理、无线、医疗和军事应用中，可根据用户需求调整DSP精度，以提高性能，并适合做浮点运算。(4)设计人员可以重新配置部分FPGA，而其他部分仍然正常运行。

功耗和成本

Stratix V FPGA采用Altera第三代可编程功耗技术、更低的内核电压、定制最底层的三极管，总功耗比前一代降低30%。对于28 Gb/s收发器，每个通道低达200 mW。HardCopy V ASIC可以实现50%的功耗降低。

Altera将于2011年第一季度开始发售Stratix V FPGA样片，并采取和40 nm一样的激进营销策略，以争取客户，抢占市场。VinceHu这样解释：“客户对Altera 28 nm创新技术反应良好，非常期待新产品的信息，而Altera将在今年二季度提供最新的软件产品供客户做新产品的开发，考虑到复杂系统设计的周期为3～6个月，现在与业界分享Altera在28 nm工艺的新产品是一个合适的时机，以便客户提早做新平台上的规划。”

对于前段时间Xilinx宣布与TSMC合作，Vince Hu说：“这正说明了Altera与TSMC的合作非常成功。Altera与TSMC超过17年的合作，开发了好几代产品，因此，TSMC与Xilinx的合作应该不会对我们有任何影响。Xilinx仍会延用多个代工厂的策略，而Altera的所有产能都在TSMC，TSMC对 Altera的关注度会高许多。双方从总体开发能力、良品率上都有很宝贵的经验，这对Altera推出28 nm新品有很多的帮助，使Altera对于28 nm FPGA如期量产充满信心。”