Xilinx UltraScale 架構—業(yè)界首款ASIC級All Programmable架構

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　　降低功耗對設計人員來(lái)說(shuō)意味著(zhù)兩件事：(1)更低的功耗預算和散熱管理要求;(2)更高的速度。這兩點(diǎn)對滿(mǎn)足新一代應用不斷提高的要求極為重要。

　　UltraScale的IP保護與防篡改安全功能

　　賽靈思的安全解決方案與創(chuàng )新產(chǎn)品已經(jīng)歷了五代以上的發(fā)展，UltraScale All Programmable架構在這一基礎上引入了多種增強型安全特性，可對載入器件內的IP提供更強的保護并實(shí)現防篡改功能，繼續保持著(zhù)延續賽靈思在安全解決方案領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。UltraScale 架構在安全性方面的改進(jìn)包括：更強大更先進(jìn)的AES比特流解密與認證方案;更多密鑰模糊處理功能;確保在編程過(guò)程中無(wú)法對加密密鑰進(jìn)行外部訪(fǎng)問(wèn)。這樣就能得到穩定可靠的業(yè)界領(lǐng)先解決方案，滿(mǎn)足不斷變化的新一代安全要求。

　　UltraScale與Vivado協(xié)同優(yōu)化 = 成功保障

　　要為最嚴苛的應用提供前所未有的集成度、容量和ASIC級系統性能，并實(shí)現90%以上的空前器件利用率且不降低性能，這就需要采用業(yè)界獨有的SoC增強型設計環(huán)境。

　　Vivado設計套件是一款全新的SoC增強型設計環(huán)境，最初針對賽靈思7系列器件推出，主要用于未來(lái)十年的All Programmable器件(例如UltraScale架構)。Vivado能解決可編程系統集成與實(shí)現方面的關(guān)鍵設計瓶頸，其生產(chǎn)力相對同類(lèi)競爭開(kāi)發(fā)環(huán)境提高了四倍。

　　要實(shí)現新一代設計提出的超高性能、集成度以及結果質(zhì)量目標，就需要采用全新的器件布局布線(xiàn)方案。傳統FPGA布局布線(xiàn)工具依靠模擬退火作為主要的布局優(yōu)化算法，無(wú)法顧及擁塞程度或總導線(xiàn)長(cháng)度等全局設計指標。要實(shí)現具備多Tb性能的設計，需要采用寬總線(xiàn)而且要求時(shí)鐘歪斜幾乎為零。因此，采用模擬退火這種不考慮總體導線(xiàn)長(cháng)度和擁塞情況的布局布線(xiàn)算法是絕對不可行的。

　　Vivado設計套件利用多變量成本函數找出最優(yōu)布局方案，這樣，設計人員就可以快速確定布線(xiàn)方案，并使器件利用率達到90%以上且不降低性能。與采用其他解決方案相比，這種方式的運行時(shí)間更短而且結果的變化程度也更小，這樣實(shí)現設計收斂所需的迭代次數就更少，并且性能和器件利用率都達到了業(yè)界前所未有的高水平。

　　UltraScale架構與工藝技術(shù)

　　工藝技術(shù)在任何芯片架構中都是一個(gè)重要的考慮因素，賽靈思UltraScale架構可以支持多種工藝技術(shù)。賽靈思與臺積(TSMC)合作推出的28nm HPL(低功耗高性能)工藝技術(shù)是賽靈思7系列All Programmable器件能夠取得巨大成功的主要因素。憑借之前合作所取得的經(jīng)驗，賽靈思與臺積又開(kāi)發(fā)出了20nm 20SoC平面工藝技術(shù)，用以支持預計將于2013年推出的第一代賽靈思UltraScale All Programmable器件。

　　然而，賽靈思設計UltraScale架構還有另一個(gè)目的，那就是充分利用繼20SoC之后的工藝節點(diǎn)16FinFET所提供的更高的性能、容量和節電性能。另外，在賽靈思“FinFast”開(kāi)發(fā)計劃(該計劃匯集了賽靈思和臺積的優(yōu)秀工程設計人才)的支持下，賽靈思UltraScale架構和Vivado 設計套件針對臺積 16FinFET工藝技術(shù)進(jìn)行了協(xié)同優(yōu)化。這樣，賽靈思與臺積將于2014年推出第二代UltraScale All Programmable器件芯片?！　?/p>

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　　結論

　　為了實(shí)現數百Gbps的系統級性能，實(shí)現全線(xiàn)速智能處理，并擴展至Tbps和每秒10億次的浮點(diǎn)運算水平，我們需要采用一種全新的架構方案。賽靈思根據新一代高性能系統需求已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了新一代UltraScale 架構和Vivado設計套件。UltraScale架構能提供ASIC級的系統性能，滿(mǎn)足最嚴苛的新一代應用要求：即實(shí)現海量I/O和存儲器帶寬、海量數據流、極高的DSP與包處理性能，并在不影響性能的前提下實(shí)現超過(guò)90%的前所未有的器件利用率。

　　UltraScale是業(yè)內首款在A(yíng)ll Programmable架構中應用最前沿ASIC架構增強功能的產(chǎn)品，能夠從20nm平面FET擴展到16nm 鰭式FET，甚至更先進(jìn)的技術(shù)，此外還能從單芯片電路擴展至3D IC。 通過(guò)整合臺積的先進(jìn)技術(shù)并與Vivado新一代設計套件實(shí)現協(xié)同優(yōu)化，賽靈思提前一年實(shí)現同類(lèi)競爭產(chǎn)品1.5倍至2倍的系統級性能與集成度。這相當于我們比競爭對手領(lǐng)先整整一代。