내장형 FPGA 기술로 설계 단순화

eFPGA 기술은 매우 일반적이며 기성품처럼 작동합니다. FPGA 칩은 ASIC 및 SoC 설계에 로직 재구성 가능성을 제공합니다.

임베디드 FPGA(eFPGA)의 시대가 마침내 도래했으며, 이는 무선 인프라, 인공 지능(AI), 스마트 스토리지 및 비용에 민감한 마이크로컨트롤러를 제공하는 칩의 범위에서 분명합니다. CPU 또는 DSP와 같은 SoC(시스템 온 칩) 하위 시스템으로서 1,000~500,000개의 조회 테이블(LUT) 범위로 하드웨어 로직을 동적으로 재구성합니다.

이 새로운 프로그래밍 가능 기술에 대한 유리한 점을 보려면 EDN Flex Logix Technologies의 IP 영업, 마케팅 및 솔루션 아키텍처 부사장인 Andy Jaros와 이야기했습니다. 2014년에 IP 회사로 설립된 Flex Logix는 고밀도 FPGA 패브릭을 제공하여 설계 엔지니어가 엄청난 작업을 수행할 필요 없이 로직 재구성을 용이하게 한다고 주장합니다.

우리는 Jaros에게 이 기술의 기원에 대해 물어보는 것으로 토론을 시작했습니다. Jaros는 Arm과 ARC에서 Motorola와 Synopsys에 이르는 경력을 가진 반도체 업계 베테랑입니다.

기록:그다지 빠르지 않음

eFPGA의 개념은 1990년대로 거슬러 올라가는 체크무늬 역사를 가지고 있습니다. 반도체 분야의 사람들은 추가 유연성을 얻기 위해 ASIC에 LUT를 통합하는 것에 대해 오랫동안 이야기해 왔습니다. 그러나 강력한 툴체인과 함께 제공되는 FPGA와 달리 툴의 부족은 임베디드 FPGA IP를 칩에 구현하는 데 있어 주요 걸림돌이었습니다.

Jaros는 수십 년 동안 eFPGA 패브릭 생성에 대한 주장이 있었다고 회상합니다. "오래된 반도체 회사의 일부 사람들은 약 20~30년 전에도 그렇게 했었다고 하지만 임베디드 FPGA를 구현하는 방식은 큰 영역을 차지했습니다."

기존 FPGA는 메시 인터커넥트를 사용하며 FPGA 영역의 80%는 인터커넥트가 차지합니다. Flex Logic의 공동 설립자인 Cheng Wang은 메시 인터커넥트에 비해 절반의 면적을 차지하는 계층적 인터커넥트를 개발했습니다. 이는 차례로 상당한 면적 및 비용 이점을 제공합니다. eFPGA IP 공급업체는 또한 상호 연결을 통해 90% 활용도를 달성했다고 주장합니다. 반면에 개별 FPGA에 사용되는 메시 인터커넥트를 사용하면 거의 70%의 활용도를 볼 수 있습니다.

그림 1:eFPGA는 다양한 버스 크기에 쉽게 최적화될 수 있습니다. 출처:Flex Logix

현재:장사가 잘 됨

eFPGA 기술은 다양한 애플리케이션을 위한 매우 작은 인스턴스에서 매우 큰 인스턴스에 이르기까지 지원 범위가 넓기 때문에 매우 일반적입니다. 기성 FPGA 칩처럼 작동하는 eFPGA는 며칠 만에 모든 크기의 어레이를 제공할 수 있습니다.

Jaros는 “우리는 ASIC 회사들로부터 많은 관심을 받고 있습니다. "FPGA 기능을 ASIC에 통합하면 시스템 수준에서 성능이 향상되고 전력 소비와 비용이 절감됩니다." 이를 통해 설계 엔지니어는 애플리케이션 요구 사항에 따라 FPGA를 완전히 없애거나 더 저렴한 FPGA를 사용할 수 있습니다.

Jaros는 또한 전통적으로 FPGA를 사용해 온 시스템 회사들이 ASIC 파트너와 함께 eFPGA IP를 탐색하기 시작했다고 언급했습니다. 이를 통해 시스템 하우스는 중간 스택의 낮은 수준에 머물 수 있습니다. 또한 시장 요구 사항이 빠르게 변화하는 동안 자동차 OEM 및 Tier 1과 같은 시스템 하우스는 새로운 기능을 추가하기 위해 1년을 기다릴 수 없습니다. "따라서 일부 RTL 구성 가능성은 10년 전보다 더 합리적입니다."

그런 다음 신경망 AI 처리 또는 독점 코드 가속을 위해 하드웨어 가속기를 통합하기 시작하는 고급 MCU가 있습니다. 이러한 시나리오는 일반적으로 16,000~20,000개의 LUT를 사용합니다. 다음으로 Jaros는 혼합 신호 회사에서 더 많은 관심을 보입니다. "디지털 측면에서 변경되는 유일한 것은 상태 머신입니다."라고 Jaros가 말했습니다. "따라서 혼합 신호 설계자는 MCU 및 전체 소프트웨어 도구 흐름에 투자하지 않고도 상태 시스템에 대한 구성 가능성 수준을 추가하기 위해 eFPGA를 찾고 있습니다."

그림 2:Flex Logix의 eFPGA는 두 가지 버전으로 제공되는 타일인 EFLX 4K를 기반으로 합니다. 출처:Flex Logix

미래:개별 FPGA와의 경쟁

eFPGA 비즈니스에 대한 일반적인 인식은 독립형 FPGA 부문에 위협이 될 것이라는 것입니다. 그러나 Intel과 Xilinx는 복잡한 제품을 개발하고 있습니다. Jaros는 "Intel과 Xilinx는 하이퍼스케일 데이터 센터를 지원하기 위해 더 큰 FPGA 공간으로 이동하고 있으며 이를 위해 FPGA 주변에 하드웨어 CPU 하위 시스템을 추가하고 있습니다."라고 말했습니다. "나는 eFPGA가 Intel과 Xilinx가 많은 기능을 갖춘 값비싼 대형 FPGA를 판매하고 있기 때문에 Intel과 Xilinx에 영향을 미칠 것이라고 생각하지 않습니다."

그는 eFPGA 사업이 매우 보완적이라고 덧붙였다. "우리는 Xilinx 및 Intel 직원과 이야기를 나눴고 그들은 충돌을 전혀 보지 못했습니다." 이는 재구성 가능성에 대한 요구 사항이 다양한 산업 부문에 걸쳐 있고 결과적으로 기존 FPGA 회사와 충돌이 많지 않을 수 있기 때문이기도 합니다.

그림 3:eFPGA IP 공급업체는 기존 FPGA 회사와 큰 충돌을 보이지 않습니다. 출처:Flex Logix

eFPGA 비즈니스를 이끄는 또 다른 요인은 공급망을 통제하려는 기업입니다. 소프트웨어 스택을 구축한 자체 MCU 또는 ASSP가 있을 수 있습니다. 따라서 일정 수준의 eFPGA 재구성 가능성을 추가하여 보안 알고리즘이나 독점 코드를 교환할 수 있습니다.

eFPGA IP는 여러 공급업체에서 구할 수 있으며 이러한 IP는 상대적으로 더 통합적이지만 FPGA의 밀도는 특정 애플리케이션에 적합하기 시작했습니다. eFPGA에 찬성하여 진자를 이동시킨 또 다른 것은 더 작은 프로세스 노드로의 이동입니다. Flex Logix는 180nm에서 5nm에 이르는 프로세스 노드를 지원하면서 현재 3nm까지의 칩 설계에 참여하고 있습니다.

Jaros는 "구성 가능성을 위해 약간의 영역을 교환하려는 더 많은 의지를 보고 있습니다."라고 결론지었습니다. "따라서 향후 5~10년 내에 테이프 아웃될 칩의 대다수는 어느 정도 eFPGA 콘텐츠를 포함할 것입니다." 빠르게 변화하는 표준과 고유한 AI 알고리즘은 이러한 내러티브를 지원하고 가까운 장래에 eFPGA의 약속을 뒷받침합니다.

>> 이 기사는 원래 자매 사이트에 게시되었습니다. , EDN.

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