硝烟再起！全球超大容量FPGA又创新高

全球最大容量FPGA记录被再度刷新。

早前，已有一些客户陆续收到Intel一款号称全球容量最大的FPGA样片。近日，Intel正式宣布这款Stratix 10 GX 10M FPGA已量产，它拥有1020 万个逻辑单元，433亿颗晶体管，采用14nm制程，是目前已发布的全球密度最高的FPGA产品，是上一代Stratix 10 GX 1SG280 FPGA 密度的 3.7 倍，实现I/O 2倍扩展，功耗降低40%。

FPGA（Field－Programmable Gate Array）现场可编程门阵列，由于其硬件并行加速能力和可编程特性，在传统通信领域和IC设计领域很受欢迎。特别是伴紧接着全球通信市场的发展壮大，FPGA以“万金油”的优势迅速找到了用武之地，成为数字系统中的通用组件。

FPGA潜力之巨大、前景之诱人，使得当时不乏IBM、摩托罗拉、飞利浦这些行业巨头前仆后继去尝试，但由于其开发门槛太高，没有坚实的技术积累和长时间的投入，很难形成有竞争力的产品。最终仅以美国硅谷四家公司Xilinx、Altera、Lattice、Microsemi为代表，牢牢占领着主要份额，并铸就了高耸的专利围墙。2015年6月，Intel以167亿美元收购全球第二大FPGA厂商Altera，才算正式进入这一市场，这也创下了Intel有史以来最贵的一笔收购。

伴随5G、AI等发展，FPGA在推动创新方面的优势越来越显著，主要体现在三方面：它可以作为先进的多功能加速器；凭借其灵活性能够打造出高度差异化的产品；其硬件可编程性能够满足不断变化的市场要求和标准。

而除此之外，FPGA在另一个领域的需求也水涨船高。

一颗芯片从设计到量产，流片环节占据大额支出。芯片完全设计出来后，需要按照图纸在晶圆上进行蚀刻，采用什么样的制程工艺、多大尺寸的晶圆，以及芯片的复杂程度，都会影响这颗芯片的流片成功率。许多芯片往往需要进行多次流片才能获得较为理想的效果，这些失败流片构成了一大笔费用支出。此外，当芯片制造完成后，如果需要修复硬件设计缺陷，通常需要昂贵的重新设计的费用以及额外的时间支出。特别是当设备制造出来并交付给终端客户的情况下，解决这些问题的成本会更高，甚至远远超出金钱本身的估量。

正因为以上问题带来如此之高的风险，流片前的仿真和原型设计系统越来越普及，因为在风险如此之高的情况下，没有哪个设计团队敢于忽视这项谨慎又必要的验证性投资。它能够帮助半导体厂商在芯片制造前发现问题，避免代价高昂的软硬件设计缺陷，带来数百万美元的费用节省。

由于ASIC 仿真和原型设计系统可以帮助设计团队大幅降低设计风险。包括Intel在内的很多大型半导体公司都开发了自定义原型设计和仿真系统，并在流片前使用该系统来验证自身大规模、高复杂度、高风险的 ASSP 和 SoC 设计。

ASIC 仿真和原型设计系统支持很多与 IC 和系统开发相关的工作，包括：

• 使用真实硬件的算法开发

• 芯片制造前的早期 SoC 软件开发

• RTOS 验证

• 针对硬件和软件的极端条件测试

• 连续设计迭代的回归测试

那么，超大容量FPGA又能满足哪些应用需求？

紧接着半导体制造技术不断的前进、相应的设计规模以及复杂度在飞速增长，使得传统的软件仿真已不可能完全解决功能验证的问题。而且一些需要处理大量实时数据的应用（如视频）也越来越多，因此要求能够在接近实时的条件下进行功能验证。FPGA在实现高效的仿真和功能验证方面，被寄予厚望。

ASIC原型设计和仿真市场迫切需要容量更大的FPGA。目前，市场上已经有数家供应商提供商用现成 (COTS) ASIC原型设计和仿真系统，对于这些供应商而言，如果能够将更大容量的FPGA 用于其 ASIC 仿真和原型设计系统中，就意味着他们能够在尽可能少的 FPGA 设备中纳入大型 ASIC、ASSP 和 SoC 设计。据了解，使用Intel最新的Stratix 10 GX 10M FPGA，能够用于耗用亿级 ASIC 门的数字 IC 设计。

如下是该产品在ASIC原型设计、仿真，满足具体的需求方面，与上一代产品相比带来的性能提升：

Intel最新发布的这款元件密度极高的Stratix 10 GX 10M FPGA，是基于现有的Stratix 10 FPGA 架构以及先进的嵌入式多芯片互连桥接 (EMIB) 技术。正是通过EMIB 技术，才融合了两个高密度Stratix 10 GX FPGA 核心逻辑晶片（每个晶片容量为 510 万个逻辑单元）以及相应的 I/O 单元，这也是第一款使用 EMIB 技术将两个 FPGA构造晶片在逻辑和电气上实现整合的Intel的FPGA。数万个连接通过多颗 EMIB 将两个 FPGA 构造晶片进行连接，从而在两个单片 FPGA 构造晶片之间形成高带宽连接。