由于电子设计日渐复杂,设计人员通常需要采用各种不同类型的功能,但他们无法具备所有的专业知识、资源和时间。这促使了半导体知识产权(SIP)市场的增长,预计2017年将达到57亿美元。某些复杂设计使用的各种SIP模块甚至多达100多种。因此,需要解决如何将这些模块集成到设计中,并验证它们能够在底层硬件上很好地工作。在每一新工艺代上,这都变得越来越困难。
而且,当使用来自不同供应商的SIP模块时,由于没有标准指导如何编写这些模块,或在不同设计中如何使用它们,因此,互操作性问题也越来越复杂。每一个模块对速度、功耗、管芯尺寸等方面都有不同的要求,芯片系统(SOC)设计人员无法切实有效地满足所有需求。因此,使用多家供应商的IP模块实现最优设计颇具挑战。
此外,如果业界仍然按照过去十年的发展轨迹继续走下去,实现一个每秒400吉比特(Gbps)的系统几乎要完全占用1百万逻辑单元(LE)的整片FPGA。这肯定不会被客户接纳。Altera已认识到这一点,从头开始重新规划了高性能IP,不仅速度更快以支持越来越高的数据速率,而且还提供更小、更高效的IP。采用创新的体系结构,IP模块比以前的产品快两倍,体积小50%。
对速度的需求
互联网的爆炸式增长使得高速数据处理成为一项关键功能。据国际电信联盟(ITU),2011年,世界70亿人口中有三分之一使用互联网,产生的网络流量高达每秒80太比特(Tbps),比上一年增长45%。
下一波互联网应用是机器至机器(M2M)通信,即物联网(IoT)。IoT涉及多种设备,如智能仪表、无线传感器节点、工业监视控制和数据采集(SCADA)系统、网关,以及高速收费标签读卡器等。所有这些都会在公共和私有基础设施上产生大量的数据流。IoT市场在2011年达到440亿美元,预计每年增长30%,2017年会达到2900亿美元。
另一个增长迅速的领域是移动通信。2011年IP数据流的55%来自移动通信——每年的增长率达到66%。这对于电信公司而言是巨大的挑战,他们目前正尽快部署4G网络。基站越来越多地依靠高速FPGA来提高内核性能,在很宽的频率范围内处理复杂的功能。FPGA能够灵活地适应不断变化发展的标准,有助于保护在4G基站上的投入。
据思科公司,互联网协议数据流在2016年底每年会超过万亿字节(1021)。
数据中心尤其要面对很大的压力来处理越来越大的数据流。多核处理器这种发展趋势虽然解决了功耗问题,但外部存储器和数据带宽却跟不上计算能力的增长。这种情况非常适合采用FPGA进行数据访问、计算和网络加速,解决数据访问瓶颈问题。随着云计算和软件即服务(SaaS)的不断发展,这将会越来越重要。
下一代FPGA将采用高速串行存储器克服并行存储器接口的带宽、延时和功耗局限。Arria 10 FPGA能够很轻松地处理100 Gbps和200 Gbps数据流。具有多个56 Gbps收发器的Stratix 10 FPGA可以处理400 Gbps以太网(GbE)和500 Gbps Interlaken数据流。