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黄河之水与小荷尖角,探寻智能浪潮中的FPGA之道

2014/06/10
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智能和可穿戴设备的浪潮席卷全球,产品使用和设计周期正在经历史无前例的高速更迭。随之产生的是,各类专用的设备芯片并不能快速的做出反应,不同的平台更使得设计的难度加大。电池的面积和供电能力有限,智能设备在功能增加的同时,又被要求有更低的功耗。

“此时,一颗灵活、低功耗、低成本的FPGA芯片便成了改变未来消费类电子产品的利器,这是京微雅格适时推出黄河(HR)系列低功耗可配置应用平台(CAP)的初衷。“京微雅格CEO刘明博士如是说。

黄河之水,灌溉智能设备的关键市场

简单来说,CAP是京微雅格首创的一种“FPGA+CPU+RAM+Flash“的可配置应用平台,硬件可重构、软件可编程是它的特点,被誉为多个行业的“万能芯片”。

黄河(以下简称HR)系列芯片基于40纳米台联电低功耗工艺,面向高性能、低功耗、灵活性以及安全性四大目标对产品的指标做了全盘的优化。据了解,HR系列的目标市场主要包括智能手机、可穿戴设备、车载娱乐、手持设备以及智能玩具等智能设备。

京微雅格产品市场总监窦祥峰表示,相比直接竞争对手Lattice的产品,HR系列拥有最高的芯片密度、最小的芯片面积以及更丰富的IO单元。同时,HR系列的市场定位是成为手机及便携式设备厂商的主要供应商,以及手机芯片商的主要合作伙伴。

HR的运行速度最高可达到300Mhz,在支持LVDS、提供最多4个PLL锁相环的同时亦支持更多的逻辑资源,通过关断片上资源降低静态功耗,再通过动态时钟切换以及门控时钟系统有效的降低动态功耗,是京微雅格低功耗创新工艺的秘密所在。同时,通过特别优化的逻辑结构来对片上的不同区域进行电源管理,也是HR系列的静态功耗能够抵御32uA的重要基础。

HR03器件剖面图

 

HR作为一款低功耗器件,并没有减少它的高速接口配置,MIPI、HSIC、DVI以及HDMI等协议都有标准的支持。京微雅格为了最大限度的保护客户的设计安全,且考虑到SRAM数据流对外的透明度,特别加入了128位的AES配置文件流进行加密和解密,以及加入了384位的Efuse用来存储AES密钥和器件唯一的ID。

HR系列目前有HR01、HR02、HR03、HR07和HR16五个型号,其中HR01和HR02采用1.5mm*1.5mm的WLCSP晶圆芯片封装,是业界同类产品中最小的封装。此外,以HR03器件为例,它相比以往的ASSP方案减少了97%的芯片面积(ASSP面积为12mm*18mm),且降低了70%的成本。

演示系统的静态功耗约为138uA

窦祥峰补充说,HR是业界第一个具有媲美ASIC高速差分通道的低功耗器件,同时也是业界第一个可支持1080P图像的低功耗器件。

京微雅格CME-HR3评估板

目前,京微雅格HR系列芯片已经能够为客户提供评估板,预计2014年第三季度进行大规模量产。此外,京微雅格已经开始提供可免费下载的Primace开发软件,以帮助用户加速产品的上市时间。

 

小荷已露尖尖角,可穿戴设备与低功耗FPGA的结合

物联网带来的经济价值巨大,预计2020年将有500亿部设备接入物联网,其中到2018年可穿戴设备的市场价值将高达120多亿美元。

在投资运作纷纷涌入可穿戴设备领域之时,应用处理器的灵活性、多传感器的统一管理以及系统的功耗,为可穿戴产品的设计带来难题。协处理器、丰富接口及扩展、统一管理平台的的天然优势,为FPGA在可穿戴领域带来了机会。

对于可穿戴设备的设计,能够无缝的连接模拟外设的需求变得越来越突出,而京微雅格认识到这一趋势,正在对以往较难支持模拟外设连接的FPGA进行突破。在即将发布的“山“系列最新产品M7中,我们会看到京微雅格将ADC采样引入其中,值得诸位工程师关注。

中关村科技园区管理委员会副主任周国林评价道:“小荷已露尖尖角,京微雅格最新的低功耗FPGA打破了美国企业的技术垄断,从延续性创新跃步为颠覆式创新,是中关村创业基地的骄傲。

据悉,京微雅格在已量产的CME-R“河”系列上投入的总研发费用超过1亿元,而2014到2014年将会继续投入4.5亿元用以CME-C高密度“云”系列产品的研发,采用40nm和28nm先进工艺,进一步降低功耗、提高速度,以满足通信、电力等重点行业的高性能FPGA需求。此外,极高容量、极高性能的CME-Px“星”系列正处在预研阶段,采用22~14nm工艺,预计在2017年后问世。

京微雅格“山”、“河”、“云”、“星”系列产品规划

 

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