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    走进上海莱迪思研发中心 揭秘FPGA的创新方法论

      [  中关村在线 原创  ]   作者:徐鹏   |  责编:徐鹏

          “我们处在很好的市场,以及我们拥有的团队和技术实力,是莱迪思业务增长最强的发动机。”在上海莱迪思研发中心举行的一场客户、合作伙伴及媒体交流中,莱迪思亚太区总裁Jerry Xu信心满满地谈到,“对客户而言,得益于FPGA产品的灵活性、可编程性,以及莱迪思产品在低功耗的定位,这意味着成本的优势,所以我们的产品包括技术支持,可以成为客户很好的创新助推器,这就是我们这个团队的使命。”

    走进上海莱迪思研发中心 揭秘FPGA的创新方法论
    莱迪思亚太区总裁Jerry Xu

          历经近四十年的风雨和历练,莱迪思半导体已发展成为低功耗、可编程器件领域的领先供应商,为不断增长的通信、计算、工业、汽车和消费市场客户,提供从网络边缘到云端的各类解决方案。2018年9月,Jim Anderson就任莱迪思CEO,并组建了新的管理团队,对公司的产品市场和运营战略进行了调整。这一改变随即收获了客户和资本市场的高度认可,较2019年9月相比,莱迪思在纳斯达克的股价已有超过四倍的增长,其Propel设计环境和CrosssLink-NX FPGA系列也分别获得了2020年LEAP奖项中的软件类金奖和嵌入式计算类铜奖。

          从行业趋势来看,新基建的提出让云计算、AI、大数据、物联网等技术与产业应用结合得更加紧密,以数据驱动的数字经济时代已经到来,与之相伴的则是客户的业务场景愈发复杂和多元化,随着工业自动化、5G的发展,开发人员开始寻求为网络边缘应用添加处理和互连功能。此外,客户的需求也趋于精细化,在追求性价比的同时对个性化解决方案满足细分场景亦有不少要求。例如,一些边缘应用要支持PCIe和千兆以太网等常见接口的低功耗处理硬件,设备开发人员则需要易于使用、统一的开发平台,提供将产品快速推向市场所需的硬件、软件和IP。

          为何说这块FPGA“与众不同”

          低功耗、高性能、强稳定性是莱迪思产品的三个关键词。数据显示,亚太地区预计到2025年会成为全球5G网络规模最大的地区,5G连接数量将达到6.75亿,由此带来的是指数级增长的数据从数据中心蔓延到边缘,企业必须要具备快速获得洞察力并做出实时决策的能力,并兼顾整体系统成本的平衡。可以说,低功耗对于数以万计的边缘设备部署至关重要,尤其是在工业、汽车、自动化,或是对温度等环境有更高要求的场景。

          低功耗可以简化散热片的设计、降低运营成本,做到更低的温升影响。与同类产品相比,莱迪思的功耗最高会降低75%。利用架构设计上的优势和FD-SOI工艺(加入二氧化硅绝缘层), Certus-NX-40系列FPGA在多个平台的相同环境下,均有很好的功耗表现,可编程基体偏压功能可根据用户的应用需求,选择高性能或低功耗工作模式。在功耗大幅降低的同时,莱迪思在高速连接、Fabric、DSP等资源配置上做到了很好的平衡,并没有牺牲性能表现,结合加速运算、自主开发的电流环响应和工业马达控制等应用,单颗芯片较竞争对手甚至有着两倍或更高的性能提升。

          快速的I/O响应可以帮助用户在电路板上完成对电源和电路板的信号管理,以及电路板上CPU的控制,在毫秒级完成唤醒,加上即时生效的供电和管理特性,使得很多工业自动化、汽车、新能源、通讯等行业的客户会选择莱迪思的产品作为电路板的主控器件,完成对电路板CPU、外围器件、电源等部件控制。同时,稳定可靠的I/O热插拔功能则能让厂商放心的把74系列保护器件去掉,以节省电路板成本和电路板面积,而这恰恰受益于莱迪思的强稳定性。

    走进上海莱迪思研发中心 揭秘FPGA的创新方法论
    莱迪思CrossLink-NX瞬时启动演示, I/O启动时间3毫秒左右,竞品为150毫秒和166毫秒,可应用于马达控制、人机交互等场景

          “莱迪思在过去四年发货了十亿枚芯片,保证了很好的质量控制。莱迪思可以在安全的应用下保障很好的性能,即使在恶劣环境长时间运行,也有很好的性能表现,例如-40度到125度,这不仅仅是工业,甚至在汽车、航空、电子方面的要求都可以达到,芯片的Die和封装均是据此来设计的,有着很强的冗余和保护。”莱迪思副总裁、中国销售总经理王诚介绍称,“我们的软失效率和故障时间都很低,这主要得益于FD-SOI工艺。”另外在Mach-NX中,莱迪思对CPLD应用进行了多项升级,包括网络保护和恢复控制、灵活加密、动态实时的端到端保护、快速定制化等等。未来,CPLD除了传统的控制和电路板粘合逻辑,将会满足更多网络层面的安全要求。

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    莱迪思副总裁、中国销售总经理王诚

          场景需求背后的技术领先性

          20世纪七八十年代晚期,以微处理器单元(MPU)和微控制器单元(MCU)为主的计算器件开始应用于汽车。九十年代中期,所有的汽车都拥有处理器来监控传感器、控制引擎以及管理各种车辆系统之间的交互。到2020年,一辆普通的车约有50个计算单元,而一辆高端汽车的计算单元可达100多个。如今,很多汽车应用都采用了传感器聚合来实现拥有AI和ML功能的雷达、激光雷达和机器视觉系统。上汽集团的智驾中心支持着公司ADAS、泊车等智能驾驶相关的开发工作,包括硬件、软件、应用层的设计和开发,在预控制器等方面与莱迪思进行了合作。

          上汽集团在传感器的视觉计算上选择了12路的方案,在做百万象素级应用时有着足够的带宽,不过在向前的MIPI桥接过程中遇到了困难,一个方案是用现有的编码器和解串器桥接,通过先编程一组再进入一个编码器,然后解码,两极调节之后实现功能,但缺点是在系统方案中单颗编码、解码或许比较便宜,不过数量过多。于是,上汽集团选择了莱迪思的产品用于视觉信号的调取和分析等,使用CrossLink-NX接入12路摄像头变成4路MIPI,对接后端的高算力SoC,解决了原型设计的痛点。

          汽车行业是莱迪思关注的重点市场,其聚焦于发动机控制、ADAS、多屏的驱动和融合领域,具有AEC-Q100、ISO 26262等认证。在王诚看来,莱迪思的竞争对手侧重于ADAS中的复杂运算和硬件加速,包括复杂的GPU或处理器,“我们是和主芯片做配合,比如莱迪思的平台可以配NVIDIA的平台,也可以配其他的平台,去实现性能的增强。我们的对手是针对纯粹的算法能力提高,而我们是针对整个系统方面的整合。”例如,莱迪思的多屏显示可以对包括桥接切换在内的全部信号进行整合,借助FPGA的特性快速实现;通过实时算法并行计算加快响应速度,消除变速箱变速时的顿挫感;用作主控芯片时支持算法、算力和I/O扩展以完成平台及部署,非主控芯片时根据静态、动态等场景需求和灵活的算法分配计算性能。

          紫光展锐的金融支付解决方案包括个人金融、商户收单机、各类POS机、人脸支付、人证对比等产品,与莱迪思在收银支付、双屏显示等方面进行了合作。CrossLink是业界首款可编程ASSP(pASSP)桥接解决方案,支持4K UHD分辨率,速率可以达到12 Gbps,具备两个4通道MIPI D-PHY收发器。在莱迪思团队7×24小时的帮助下,展锐顺利上线兼容Android的双屏异显框架,一套软件可支持双触屏、不同分辨率和各类屏幕,并且能对接丰富的外部芯片。

          扎根本土的“中国式创新”

          Lattice Nexus是基于28 nm FD-SOI工艺的低功耗FPGA技术平台,在系统、架构和电路层面的持续创新也是莱迪思能够快速推出新产品和多种方案的关键,Certus-NX就是在该平台上开发的第二款FPGA系列产品。FD-SOI工艺在源跟漏之间植入了一层超薄氧化层,使得晶体管漏源之间的漏电流大幅降低,并且提升了可靠性和软错误率(降至1%以下)。同时,Nexus平台对DSP的优化也让其可以高效处理更多的高密度运算。除了低功耗之外,莱迪思也在Nexus平台上探索着边缘AI方面的创新。

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    上海莱迪思研发中心实验室

          为了加速开发基于莱迪思低功耗、小尺寸的FPGA应用,莱迪思在今年6月推出了软件解决方案Lattice Propel,该设计环境包括Propel Builder和Propel SDK,完善的IP库(RISC-V处理器核和各类外设IP)可轻松实现组件安装,结合按构造逐步校正(correct-by-construction)设计方法,能够让不同水平的开发人员都能快速轻松地设计基于莱迪思FPGA的应用。

    走进上海莱迪思研发中心 揭秘FPGA的创新方法论
    视觉计算场景演示

          莱迪思副总裁、中国研发总经理任崎透露,莱迪思在上海的百人研发团队中有半数都在做软件工作,这对于提升客户体验非常关键,其中还包括一支由三十多人组成的解决方案团队,帮助做芯片层面的整合,以快速推向不同的行业市场。由此也可以看到莱迪思对中国市场的重视程度,事实上,中国市场的商业规模占据了莱迪思全球近50%的份额,其股价一年来的大幅上涨在很大程度上也得益于来自中国的业绩在每个季度屡创新高。除了位于上海的研发、销售、市场营销团队,莱迪思在北京、西安、成都、深圳也有销售和技术支持人员。据了解,莱迪思即将发布的一款高端新品,就是由上海团队研发的。

    走进上海莱迪思研发中心 揭秘FPGA的创新方法论
    莱迪思副总裁、中国研发总经理任崎

          “我们的中国团队非常灵活,也更接地气,能够快速跟进客户的不同需求。”Jerry Xu表示,无论是对于高校还是合作伙伴,莱迪思都抱着很开放的心态,会根据市场趋势、伙伴的技术特点、客户需求,逐步完善中国的生态系统,“莱迪思中国团队的使命很清晰,也很坚定。我们的技术、长期的合作伙伴关系以及世界一流的技术支持,使我们的客户能够快速、轻松地开启创新之旅,创造一个智能、安全和互连的世界。”

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