借力英特爾專(zhuān)利技術(shù) Altera第十代Stratix具備獨特優(yōu)勢

　　觀(guān)察兩大可程式化邏輯元件供應商賽靈思(Xilinx)與Altera之間的較勁，就如同看蘋(píng)果(Apple)與三星(Samsung)之間的戰爭一般令人興奮;不過(guò)筆者并沒(méi)有要比較上述兩家公司，而是著(zhù)重于他們嘗試將技術(shù)推向極限以保持市場(chǎng)競爭優(yōu)勢的、令人屏息的熱忱。

　　Altera在不久前才發(fā)表了第十代Stratix系列產(chǎn)品(參考閱讀：采用創(chuàng )新架構　Altera最新Stratix 10亮相);該公司所關(guān)注的設計挑戰與今日的各種關(guān)鍵應用相關(guān)，包括資料中心、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、400G/terabit網(wǎng)路、光學(xué)傳輸、5G無(wú)線(xiàn)通訊與8Kg訊。以資料中心為例，這類(lèi)應用對更高的運算性能、靈活度與節能效益有越來(lái)越多需求;不過(guò)資料中心偏好使用商用伺服器，如此能更容易維護一個(gè)快速擴充的基礎設施。

　　物聯(lián)網(wǎng)是將各種智慧裝置相互連結在一起，以及與云端或是資料中心連結;這類(lèi)應用需要高頻寬的基礎設施，好將資料中心處理分析過(guò)的資訊傳送到連網(wǎng)裝置上。因此，Altera認為這類(lèi)具備最高成長(cháng)潛力的應用領(lǐng)域，將會(huì )同時(shí)帶來(lái)為迎合以下需求必須克服的挑戰：不斷增加的功能、更高的頻寬與靈活度，以及最基本的小尺寸與更低耗電需求;當然還有最低成本。

　　所有這一切無(wú)法輕易地在電路板上實(shí)現，理由與不斷驅使我們實(shí)現更高整合度的原因是一樣的：PCB的尺寸大到無(wú)法達成我們渴望的功能性。再加上互連介面的頻寬限制，以及PCB走線(xiàn)的功率耗損，因此你有足夠的動(dòng)機持續追求摩爾定律(Moore‘s Law)的預測。

　　Altera以更精細的14納米制程來(lái)因應以上挑戰，而對手Xilinx則是在最新Virtex、Kintex 與Zynq系列產(chǎn)品采用臺積電(TSMC)的16納米制程(發(fā)表時(shí)間在A(yíng)ltera的Stratix 10問(wèn)世前不久);不過(guò)因為有各種IP區塊、嵌入式DRAM與快閃記憶體、影像感測器以及邏輯，成熟技術(shù)各自在不同的制程節點(diǎn)，積體(monolithic)解決方案已經(jīng)不可行，所以?xún)杉夜炯娂姴捎卯愘|(zhì)3D封裝技術(shù)。不過(guò)因為作法不同，在性能與成本方面也會(huì )有所不同。

　　Altera的異質(zhì)3D SiP技術(shù)將收發(fā)器裸晶(該公司稱(chēng)之為T(mén)ile)與核心FPGA結構裸晶分開(kāi)，因此收發(fā)器是位于核心結構旁邊，能以不同的制程節點(diǎn)來(lái)生產(chǎn)。

　　圖1： Altera的異質(zhì)3D SiP技術(shù)將收發(fā)器Tile與核心FPGA結構裸晶分開(kāi)

　　因此能以不同的制程節點(diǎn)來(lái)生產(chǎn)

　　最初的Stratix 10收發(fā)器Tile，包括PCIe Gen3 x16硬IP區塊;Altera表示，未來(lái)可能會(huì )推出其他硬體IP，例如PCIe Gen4、多埠乙太網(wǎng)路以及光收發(fā)器(更多Stratix 10相關(guān)資訊請參考此連結)。

　　而Altera的解決方案與Xilinx產(chǎn)品最大的差異化，在于前者采用英特爾(Intel)專(zhuān)利的EMIB (Embedded Multi-die Interconnect Bridge)技術(shù);EMIB是具備多繞線(xiàn)層(routing layer)的小型橋接晶片，可取代矽中介層(interposer)與矽穿孔(TSV)技術(shù)。

　　根據Intel與Altera的介紹，這種EMIB技術(shù)能降低訊號劣化與延遲的問(wèn)題，因為裸晶不必透過(guò)中介層與TSV與封裝連結。

　　EMIB vs. 矽中介層-TSV

　　在一般晶片封裝中，矽中介層是一片比其他封裝中的互連裸晶尺寸更大的矽;而EMIB這種矽橋接(bridge)則是一小片嵌入兩片互連裸晶邊緣之下的矽，這能讓不同尺寸的裸晶在不同的地方連接，因此降低異質(zhì)裸晶之間的物理限制

　　圖2： EMIB技術(shù)能減少對微凸塊的需求，因此降低制造的復雜度

　　在非EMIB解決方案中的大片矽中介層會(huì )(根據Altera說(shuō)法是“過(guò)分地”)提高成本，而且容易出現像是變形曲翹的問(wèn)題;EMIB也能降低對微凸塊數量的需求──傳統晶片會(huì )采用大量有微通孔的微凸塊，這提升了制造復雜度也會(huì )影響良率，當然也是提高成本的因素之一。對于不太可能取得EMIB技術(shù)的競爭隊史來(lái)說(shuō)，Altera看來(lái)略勝一籌，不是嗎?