FPGA在数据时代的终极意义是什么？在特性上，与内核外算法被冻结的ASIC相比，可编程内核中的FPGA具有很强的灵活性和适应性。从功能上讲，在摩尔定律变慢后，协处理器和桥接设备至关重要。
在异构计算的背景下，FPGA越来越追求小尺寸、低功耗和高性能，这是由于其固有的特性。可以说，FPGA是现阶段数据时代最适合的产品。为了追求极致的性能，除了增加I/O数量，甚至有些厂商为了追求灵活性和适应性，将ASIC塞进FPGA。
点阵(Ladis Semiconductor)采用28nm FD-SOI(耗尽型绝缘体上硅)技术来平衡FPGA的性能和功耗，使小型FPGA兼具“高性能”和“低功耗”的特点。技术上，主要是因为FD-SOI可以控制衬底中的电压，所以Back Bias是可控的，在这方面，它可以自由切换低功耗、高性能的设置。
另一方面，传统采用SRAM工艺的FPGA产品易受辐射干扰，而28nm FD-SOI氧化层较薄，关键区域减少导致软错误率(SEU)降低。同时，与体CMOS工艺相比，28nm FD-SOI的漏电流也降低了50%。
利用这种28纳米的FD-SOI工艺，格网去年专门发布了格网Nexus作为一系列产品输出的技术平台，同时发布了首款产品交联-NX。此前，21ic中国电子网也专注于这一工艺的FPGA。
就在第一款产品发布六个月后，点阵最近宣布发布该平台的第二代产品—— certus-NX。这款新产品具有同类型产品的突出参数和性能，具有更高的I/O密度和功耗。21ic中国电子网的记者应邀出席了这次会议。
当然需要注意的是，格一直专注于中端市场领域，主要业务范围是低功耗的小FPGA。产品主要关注功能和性价比，这款产品也是如此。
00-1010从整体架构来看，由于Certus-NX和CrossLink都采用了28nm FD-SOI工艺，所以它们的特性非常相似。它们可以在低功耗和高性能模式之间切换，嵌入嵌入式闪存，并配置专用的数字信号处理器模块进行乘法和加法。
另外在逻辑单元上也是17-40K。在快速启动方面，两者都使用了点阵一致的嵌入式闪存，大大减少了唤醒时间，实现了无缝的视觉体验。
图1:1的细节：Certus-NX
图2:2的细节：交联-NX
从差异来看，这两款产品有两个关键的区别：
1.Certus-NX移除了硬核MIPI D-PHY。
根据Ladys现场技术支持总监Jeffery Pu的介绍，这主要是考虑到子市场对I/O数量的要求而优化的。移除硬核MIPI D-PHY后，每平方毫米的I/O数量得到了显著提升。
记者比较了两种产品的参数。两款产品的最小尺寸均为6 x 6 mm(121 csfBGA)，CrossLink的I/O数量为72，Certus-NX的I/O数量为82，相当于每平方毫米增加13%。
在应用方面，大多数MIPI接口都与摄像头和传感器有关。上一代市场针对的是消费市场的嵌入式视觉，而这款产品更侧重于为网络边缘应用增加处理和互联功能，一般都强调PCle和千兆以太网的使用。正因如此，这一代产品正以极致的性价比和极致的功耗性能，将硬核化为性能，面向不同的应用市场。
第二，Certus-NX增加了安全认证ECDSA比特流验证。
Jeffery Pu告诉记者，受前几代产品的启发，包括此前由Lattice推出的XO3D产品，其内部有PFR功能，内部有非常复杂的认证。借用这些概念并将其投入到新产品中，与上一代产品相比是一个非常明显的差距。
技术上，ECDSA的英文全称是椭圆曲线数字签名算法。主要原理是创建数据的数字签名。与AES(高级加密标准)不同，ECDSA不会加密数据或阻止数据访问。当然，这款FPGA也支持强大的AES-256位流加密。
图3: Certus-NX实现ECDSA
从市场的角度来看，需要在嵌入式视觉上下功夫的用户可以选择带有MIPI接口的交联-NX，在工业和通信方面需要专注于增加处理和互联的用户可以选择更多的性能。
强劲的Certus-NX。性能碾压同类竞品
在28nm FD-SOI工艺加持之下，以及Lattice一贯的低功耗FPGA经验，新产品在同类竞品中脱颖而出。需要注意的是，Lattice之前也多次强调自身专注的是消费级的低功耗FPGA，市场既需要追求尖端市场产品的厂商，也需要专注小尺寸产品的FPGA厂商。具体对比如下：
一、3倍的小尺寸，2倍I/O数量，70%I/O速率提升
Certus-NX在最小尺寸上，仅有6 x 6 mm，在I/O数量和速率上最接近的公司A的50K逻辑单元产品都已达到了10 x 10 mm尺寸了，而公司B的77K逻辑单元产品则达到了11 x 11 mm，相差了3倍之多。
而从I/O数量上来说，一方面，有着28 nm FD-SOI工艺加持，另一方面，毕竟这一代产品砍掉了MIPI硬核，数量提升是相当的明显的。当然相比传统工艺产品，28 nm FD-SOI工艺加持之下速率也提升了70%。
图4：对比同类竞品Certus-NX有明显优势
二、4倍功耗降低
Lattice一直以来的优势便是低功耗，从参数上来看，在极端条件下对比公司B的77K逻辑单元产品最多降低了4倍。
从另一方面来看，低功耗就意味着更低的发热，在此方面电池就拥有最大化的寿命。这意味着，用电成本、散热成本、电池更换成本均有所降低。
图5：Certus-NX功耗降低4倍
三、12倍配置速度
配置速度是Lattice一直的强项，从CrossLink-Plus便开始加入这项功能。主要原理上是在产品中内嵌嵌入式闪存，加快了启动的速度。本代产品依然沿袭了前一代产品的3ms的I/O配置时间。
Jeffery Pu为记者介绍表示，传统FPGA一般加入的是SPI Flash，启动速度就取决于SPI的速度。早年传统FPGA能跑到50Mbps速率就很不错了，现如今新的SPI Flash基本可以达到130Mbps，但仍然不是能够达到秒开的效果。
Certus-NX主要使用的是QSPI，相比单通道的SPI，四个通道数据加载速度就会有明显的提升。不过，需要注意的是这需要FPGA具有相应的设计，才能支持快速配置。
很多情况下，在安全为首的系统中，启动时间有延迟会带来一定风险，无缝的启动显示既带来了更好的用户体验，也为安全增添了一分色彩。
图6：Certus-NX拥有12倍的配置速度
四、100倍降低软错误率（SER）
从Certus-NX公布的数据来看，40K逻辑单元下SER达到了19.34，相比公司A的50K逻辑单元产品降低了超过100倍。这归功于28nm FD-SOI这种工艺带来的普惠，因为这种工艺拥有一层较薄的氧化层，因而减少了关键区域，从而降低了软错误率（SER）。
当然，不仅仅是软错误率这一指标，这种工艺还具有抗干扰性，在漏电上也降低了50%。
图7：Certus-NX软错误率降低了100倍
低功耗FPGA仍有许多值得期待
除了最新的FPGA，Lattice也在上半年发布了名为Lattice Propel的最新软件方案。据了解，Lattice Propel开发工具包含两大特色：IP整合工具Lattice Propel Builder，以及软件开发工具Lattice Propel SDK。
图8：Lattice的产品更新路线
Propel意为驱动、推进，这两个开发工具也切实地进一步推动了FPGA开发自动化。Lattice Propel Builder可让FPGA开发商以拖动IP区块形式进行设计，还能够自动联机产生代码；Lattice Propel SDK则具备软件套件建构、编译、分析和除错的应用程序，并以软件函式库与开发板级提供支持，让软件开发人员能在硬件就绪前进行软件设计，加速产品上市时程。
值得一提的是Lattice Propel是支持RISC-V IP的，众所周知RISC-V在嵌入式应用是极其重要的，透过最新FPGA开发环境，行业将迎来新的开发格局。
当然，基于Certus-NX这款产品的相关工具和IP也已提供下载使用，开发者将拥有更好的开发体验。目前，Certus-NX的样片已发往多个客户，开发板已可订购。
图9：各类工具和解决方案加速开发
在发布会的最后，Jeffery Pu透露，28nm FD-SOI的Nexus技术平台的第三代产品将在今年下半年宣发，相关计划也非常多，低功耗FPGA市场下半年将有更多惊喜值得期待。
21ic中国电子网
付斌