2022 年片上系統(tǒng) (SoC) 對(duì)可重構(gòu)性的需求將繼續(xù)增加，同時(shí)開(kāi)發(fā) SoC 的成本迅速上升，尤其是在先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)上。隨著價(jià)格上漲，SoC 供應(yīng)商在其產(chǎn)品上產(chǎn)生大量收入的壓力也在增加。如果可重構(gòu)性允許 SoC 在更廣泛的應(yīng)用中使用，這可能是可能的。嵌入式 FPGA (eFPGA) 方法可以提供這種靈活性。

過(guò)去，eFPGA 通常不是芯片架構(gòu)師為項(xiàng)目考慮的第一個(gè)知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP)。畢竟，沒(méi)有它設(shè)計(jì)的芯片已經(jīng)有數(shù)十萬(wàn)甚至數(shù)百萬(wàn)。然而，這種心態(tài)一直在穩(wěn)步改變，現(xiàn)在最重要的原因是因?yàn)榭蛻粢蟾摺Ｋ麄冃枰叩男阅芎透偷墓?，與此同時(shí)，芯片開(kāi)發(fā)的成本和設(shè)計(jì)周期持續(xù)飆升。這些不斷變化的需求需要一個(gè)多變的解決方案。

由于 eFPGA 現(xiàn)在可以在多個(gè)供應(yīng)商的許多工藝節(jié)點(diǎn)中使用，以下是我們對(duì)明年及以后 eFPGA 開(kāi)發(fā)和用例的預(yù)期預(yù)測(cè)。

5G ASIC 引領(lǐng) eFPGA 采用

5G，更具體地說(shuō)，開(kāi)放式 RAN，是 eFPGA 的完美應(yīng)用。將 eFPGA 集成到 ASIC 中可以滿足大規(guī)模 MIMO 和數(shù)據(jù)包處理所需的高計(jì)算需求。它可以做到這一點(diǎn)，同時(shí)保留 ASIC 的低功耗和重量?jī)?yōu)勢(shì)，并能夠定制硬件以支持 RU 和 DU 互操作性、區(qū)域、運(yùn)營(yíng)商或站點(diǎn)特定要求。

大型 FPGA 用戶開(kāi)發(fā)自己的 FPGA 平臺(tái)

我們之前已經(jīng)看到過(guò)這種情況。高通、蘋果、博通、Marvell、微軟都已獲得 Arm 架構(gòu)許可，以創(chuàng)建針對(duì)其需求的 Arm 實(shí)現(xiàn)，而這些實(shí)現(xiàn)是他們無(wú)法從 Arm 獲得的。

同時(shí)，Apple、Amazon、Facebook、Microsoft 也將相同的概念應(yīng)用于 ASIC 開(kāi)發(fā)，因?yàn)樗鼈冃枰瑫r(shí)控制其硬件和軟件開(kāi)發(fā)以及路線圖。對(duì)于真正需要使用 eFPGA 來(lái)執(zhí)行不斷變化的工作負(fù)載以支持其產(chǎn)品和服務(wù)路線圖的定制 FPGA 的大型 FPGA 用戶來(lái)說(shuō)，同樣的過(guò)程也將發(fā)揮作用。

更多系統(tǒng)公司向 MCU/ASSP 供應(yīng)商尋求 eFPGA

摩爾定律何時(shí)結(jié)束？誰(shuí)知道？有許多非常聰明的物理學(xué)家和工藝工程師致力于解決這個(gè)問(wèn)題。然而，對(duì)于一些人來(lái)說(shuō)，由于成本和泄漏功率的原因，它最終以 55nm 或 40nm 結(jié)束。在最先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)上增加計(jì)算能力或在任何給定節(jié)點(diǎn)上擠壓更多能力的常見(jiàn)選擇是使用專門構(gòu)建的加速器。

許多系統(tǒng)公司已經(jīng)使用 FPGA 來(lái)提供額外的計(jì)算資源，從用于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的高功率 Xilinx FPGA 到用于電池和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的 Renesas 或 Lattice 的小型低功率 FPGA。隨著公司越來(lái)越依賴 FPGA 的靈活性，他們將尋求并要求在其 SoC、ASSP 或 MCU 上使用 eFPGA 功能。

FPGA 到 ASIC 的轉(zhuǎn)換加速

在產(chǎn)品中繼續(xù)使用昂貴的 FPGA 與承諾支付 ASIC 開(kāi)發(fā)費(fèi)用并通過(guò)降低 ASIC 芯片成本來(lái)收回成本之間一直是一場(chǎng)拉鋸戰(zhàn)。將 FPGA 轉(zhuǎn)換為 ASIC 的缺點(diǎn)之一是，一旦 ASIC 完成，改變它的唯一方法就是再次重新流片。

eFPGA 改變了這個(gè)等式。保留設(shè)計(jì)關(guān)鍵部分的可重構(gòu)性為可升級(jí)性、錯(cuò)誤修復(fù)和延長(zhǎng)芯片使用壽命的新功能提供了途徑。更長(zhǎng)的使用壽命等于更高的產(chǎn)量，這等于轉(zhuǎn)換為 ASIC 的成本合理性。最終結(jié)果是更低的芯片成本和更高的系統(tǒng)利潤(rùn)。

安全性將受益于 eFPGA 可重構(gòu)性

安全性涵蓋了廣泛的用例，包括信任根、加密、側(cè)通道攻擊保護(hù)和設(shè)計(jì)混淆。針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的威脅不斷增加，變得更加復(fù)雜且不斷變化。安全解決方案也需要隨著時(shí)間的推移而改變。

有據(jù)可查的是，量子計(jì)算機(jī)能夠在數(shù)小時(shí)內(nèi)破解當(dāng)今芯片中硬連線的加密算法只是時(shí)間問(wèn)題。能夠更新已部署系統(tǒng)中的安全電路以領(lǐng)先于黑客，這對(duì)公司來(lái)說(shuō)具有巨大的價(jià)值。更聰明的解決方案還可以利用在原位動(dòng)態(tài)重新配置 eFPGA 的時(shí)間方面。隨著 eFPGA 的廣泛應(yīng)用，安全架構(gòu)師可以利用流片后的動(dòng)態(tài)重新配置電路，提出獨(dú)特而新穎的安全解決方案。

這些只是我們?cè)谖磥?lái)一年看到的對(duì) eFPGA 的一些預(yù)測(cè)。長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是芯片設(shè)計(jì)的圣杯，eFPGA終于進(jìn)入了主流，并將在芯片的未來(lái)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。觀看會(huì)很有趣。

審核編輯 黃昊宇