隨著工業(yè)自動化和 5G 等技術的發(fā)展，開發(fā)人員開始尋求為網絡邊緣應用添加處理和互連功能。為了順應這種趨勢，這些器件需要采用支持 PCIe 和千兆以太網等常見接口的低功耗處理硬件。設備開發(fā)人員還需要易于使用、統(tǒng)一的開發(fā)平臺，提供將產品快速推向市場所需的硬件、軟件和 IP。為了滿足市場需求，萊迪思推出了全新 Lattice Certus-NX 系列 FPGA。

這些意味著萊迪思在新產品開發(fā)戰(zhàn)略的指導下僅用六個月就發(fā)布了第二款產品系列，Lattice Nexus 是業(yè)界首個基于 28 nm FD-SOI 工藝的低功耗 FPGA 技術平臺，而 Certus-NX 器件是在該平臺上開發(fā)的第二款 FPGA 系列產品。

萊迪思現場技術支持總監(jiān)蒲小雙介紹，“該系列器件在通用 FPGA 市場上擁有領先的 IO 密度，每平方毫米的 IO 密度最高可達同類 FPGA 競品的兩倍。Certus-NX FPGA 擁有卓越的低功耗、小尺寸、高可靠性和瞬時啟動等特性，支持高速 PCI Express（PCIe）和千兆以太網接口，可實現數據協同處理、信號橋接和系統(tǒng)控制。”

密度增大，安全性更高

對比發(fā)現，新產品和上一代產品都是在 28nm FD-SOI 工藝平臺上打造的，都有 DSP 模塊，都分為 17K、40K 兩類，兩者到底有哪些區(qū)別？ 蒲小雙解釋，“從整體來看，兩代產品都基于 28nm FD-SOI 工藝制造，最大的差別是，Certus-NX 沒有 MIPI hardcore，這是為了增加 I/O 的數量，達到 195 個 IO，在小封裝中，每平方毫米增加 I/O 對細分市場的客戶是有益的，這是我們在推廣上一代產品時發(fā)現的；另外一個區(qū)別是，在安全認證方面，為了保護器件的位流免于未經授權的訪問 / 更改 / 復制，Certus-NX FPGA 支持 AES-256 加密和領先的 ECDSA 認證，可在設備的整個生命周期內提供保護，而第一代產品沒有 ECSDA 模塊。Certus-NX 系列 FPGA 設有 17K 和 40K 兩種邏輯單元，都是比較小的 FPGA。一般來說，在邊緣配置高邏輯 FPGA，功耗也會相應增加，因此用戶在選擇方案時需要折中，設計者要在純 FPGA 方案、MCU+FPGA 方案、DSP+FPGA 方案中篩選，做到性能和功耗的平衡。

由于手機出貨量很大，現在的大部分傳感器都采用 MIPI 接口，第一代產品具有 MIPI 接口，因此側重嵌入式視覺應用，如今 MIPI CS 接口變成了很多 AP、DSP、MCU 的標準接口。FPGA 更多是作為協處理器，需要接口與主處理器連在一起，第二代產品支持高速 PCI Express（PCIe），面向從自動化工業(yè)設備中的數據處理到通信基礎設施中的系統(tǒng)管理等一系列應用。

滿足用戶“小尺寸、低功耗”的剛需

Certus-NX FPGA 的尺寸縮小多達 3 倍，可以在 36 平米內實現完整的 PCIe 解決方案。即便是使用 Certus-NX FPGA 系列的最小封裝，其每平方毫米 I/O 密度仍是同類 FPGA 競品的兩倍，為橋接應用提供更大的設計靈活性和強大的支持；IO 連接更可靠，其中 1.5 Gbps 差分 IO，性能超過競品 FPGA 最高可達 70%。蒲小雙解釋，“我們的差分 I/O 可以運行到 1.5Gbps，競爭對手的同類產品運行到 1.25Gbps，因此比競爭對手高 70%。”還支持 5 Gbps PCIe、1.5 Gbps SGMII 和 1066 Mbps DDR3，開發(fā)人員可以在 Certus-NX 開發(fā)板上測試這些 IP 模塊，快速實現在 Certus-NX FPGA 目標應用上常用的接口。

另外，功耗降低多達 4 倍，Certus-NX FPGA 的可編程基體偏壓功能可根據用戶的應用需求，可選擇高性能或低功耗工作模式。與同類 FPGA 相比，該系列器件的功耗可降低多達 4 倍。關于功耗的降低，蒲小雙解釋，“主要是 FD-SOI 帶來的，FD-SOI 技術原來是針對 IoT 推出的，在邊緣應用中用戶希望功耗更低，它的漏電流很小。“

Certus-NX FPGA 的啟動時間幾乎是瞬時啟動，全新器件還通過 SPI 存儲器實現超快的器件配置，其速度最該可達同類 FPGA 競品的 12 倍。單個 I/O 配置只需 3 ms，整個器件啟動時間僅為 8-14 ms（取決于器件大小）。為什么配置時間可以大幅度縮減？除了工藝以外，每個產品的設計方法、加載方法都不一樣，對于傳統(tǒng) FPGA 來說，一般都是在外面加一個 SPI Flash，傳統(tǒng) FPGA 的快慢往往決定于 SPI 能跑多快。以前 FPGA 最快能運行到 50Mbps，現在的新 SPI Flash 可以達到 130M。而且原來的 SPI 是單通道運行，現在可以是四個通道，叫 QSPI。如果你能支持 QSPI 那么寬的數據，在加載或者相應的 FPGA 設計時，就要把數據通道打通，讓配置時間縮短。現在用戶對器件性能要求越來越高，外面提供 SPI Flash 有好處，在芯片內部專門配置快速設計也有優(yōu)勢。

高可靠性和易用性兼得

對于安全性要求極高的工業(yè)和汽車應用而言，可靠的性能至關重要。這些應用中的器件必須達到預期的性能，以避免對人員和財產造成損害。Certus-NX FPGA 的抗軟錯誤率（SER）性能最高為同類 FPGA 的 100 倍，Certus-NX FPGA 為工業(yè)溫度級器件，它還支持片上 ECC 和 SEC。

對于工業(yè)和汽車的總線支持，蒲小雙表示，常用汽車總線稱之為 CANBus 總線，因為 CANBus 總線不是特別快，萊迪思提供 IP 支持。另外，高速數據傳輸總線分為工業(yè)以太網和 FTPLink3，車載采用較多。其優(yōu)勢是單對線的速率很高，可以達到 1.4G、2G，主要傳輸視頻圖像，也可以做雙向，但是因為是私有協議，cable 和芯片都很貴。MIPI 是汽車領域的一個公開組織，MIPI 現在在推 A-PHY 標準，以后 FPGA 和處理器都會帶有 A-PHY，因為 A-PHY 基本上可以取代其它的產品。我們的產品可以用于車載，例如，帶 MIPI CSI 的 AP，基本 1-2 個可以用到汽車上。未來，汽車上的攝像頭會越來越多，包括環(huán)式、前式、后式等，這些 MIPI 都要連接，還要傳輸回來。我們的產品可以發(fā)揮橋梁作用，還可以提供 ISP 圖像處理的功能。”

另外，Certus-NX FPGA 支持易于使用的 LatticeRadiant 軟件，提供了統(tǒng)一的 FPGA 設計環(huán)境，集成了優(yōu)秀的工具和功能，可幫助用戶快速高效地開發(fā)應用，用戶基本上在 10 分鐘內的流程里面就可以學會整個系統(tǒng)開發(fā)的過程，非常易學。

審核編輯黃昊宇