Avant FPGA：创新的步伐永不停歇
作为莱迪思成功迈入中端 FPGA 供应商行列的标志性事件， 2022 年底低功耗中端 Avant FPGA 平台的发布，在与 Nexus FPGA 平台一起组成莱迪思“史上最强产品组合”的同时，也帮助公司打开了一扇通往 30 亿美元增量市场新大门。
解锁FPGA创新新高度
与 Nexus 产品相比，面向通信、计算、工业和汽车等领域的 Avant 平台在性能和硬件资源方面得到了进一步的强化，例如逻辑单元容量达到了 500K ，相比以往 100K-150K 的配置，提升了 5 倍；带宽提升了 10 倍；计算性能提升 30 倍。如果与同类竞品器件相比，功耗和封装尺寸分别降低了 2.5 倍和 6 倍，但速度却提升了 2 倍，可在小尺寸系统设计中实现更高的性能。
“低功耗”、“先进的互联”和“优化的计算”是 Avant 平台的三大核心特点。与现有的中端 FPGA 相比，得益于专为低功耗设计的可编程结构、功耗优化的嵌入式存储器和 DSP 、低功耗高性能 SERDES 与 I/O 设计、内置协议逻辑等全方位优化措施， Avant 系列产品的功耗得到了显著降低，可帮助系统和应用工程师大幅提高功耗和散热设计的效率、降低运营成本、增强可靠性。
SERDES 互联方面，目前， Avant 最大能够支持 25G SERDES ，而以往莱迪思产品所能达到的 SERDES 最高速率是 16G ，此外， PCIe 接口支持也升级到了 Gen 4 x8 ，内存支持则从 LPDDR4 扩展到 DDR5 。
“优化的计算”包含两个部分：一是瞄准 AI 推理应用，对片上计算单元中的 DSP 和嵌入式存储分布分别进行了强化和优化，更有利于边缘计算；二是增加了安全引擎，并优化、加强了加密算法。
与任何新的嵌入式设计一样，安全性必须放在首位。为此，莱迪思的工程师们在 Avant 平台中采用了广泛的安全功能，如 AES256-GCM 、 ECC 、 RSA 、防篡改和物理不可检测功能 (PUF) 。这些功能使配置和用户数据都要加密和验证，为确保 FPGA 免受恶意攻击提供高级别的防护。此外，软错误检测和纠正确保能够快速检测到导致软错误的环境影响，以便采取适当的行动启动。
新的里程碑
作为新的产品系列，针对不同应用场景和需求，陆续推出容量、接口、控制、视频规格不同的产品是一件十分自然的事情。因此，继 2022 年 12 月推出“专为网络边缘应用优化的低功耗 FPGA ” Avant-E 之后，在 2023 年举行的首届线上开发者大会上，莱迪思又发布了“尖端的通用 FPGA ” Avant-G 和“先进的互连 FPGA ” Avant-X ，目标市场和 Avant-E 存在一定的差别。
Avant-G 的关键特性包括领先的信号处理和 AI ，高度灵活的 I/O 支持各种系统接口，以及专用的 LPDDR4 2400Mbps 接口，可提供高达 637K 密度的系统逻辑单元、高达 28-12.5G 的 SerDes 、以及多达 7200 个 INT8 乘法器和 35.6Mb 嵌入式存储器。由于其 SERDES 速度和高速 IO 的嵌入式存储器速度更高，非常适合桥接功能，加之扩展能力强，可适用于不同规模的系统设计。
而更多面向“信号聚合”和“提升系统吞吐量”应用的 Avant-X 则拥有同类产品中最小的封装尺寸，可提供高达 637K 密度的系统逻辑单元和高达 28-25G 的 SerDes ，能够支持 1TB/s 的总系统带宽，也实现了带硬核 DMA 的 PCIe Gen 4 控制器特性。多达 7200 个 INT8 乘法器和 35.6Mb 嵌入式存储器，可实现 AI/ML 算法的高效实现以及高速接口的数据包缓冲，加上安全引擎加强，客户数据可进行动态加密。
与硬件产品配套的软件和解决方案堆栈也与产品实现了同步更新，包括用于 AI 的 Lattice sensAI 、用于嵌入式视觉的 Lattice mVision 、实现安全功能的 Lattice Sentry 、用于自动化工厂的 Lattice Automate ，通过升级加速器引擎提高性能、扩展 IP 和参考设计、添加安全功能以及启用更多行业标准，让客户的开发和上市时间进一步加快。
具体而言， Lattice sensAI 性能提升 3 倍，以“支持更多网络条码检测和视频分析”； Lattice mVision 提供更多扩展传感器 / 视频桥接方案，如 MIPI 转 HDMI 、 SLVS-EC/MIPI 转 PCIe ； Lattice Sentry “在网络弹性、信任方面，基于 Mach-NX 的平台固件保护恢复 (PFR) 在继续完善中，使得系统更容易保护、检测和恢复”； Lattice Automate 除了普通通信协议外，加强了对 OPC UA 的支持，包括马达控制参考设计。
软件工具方面， Lattice Propel 和 Lattice Radiant ™软件全面支持新的 Lattice Avant-G 和 Avant-X FPGA 系列，为 Radiant 引入增强的易用性和脚本编写，并扩展了 Propel IP 产品组合，帮助提升客户的设计体验和设计环境。同时，先进的视觉软件 Glance by Mirametrix 新增了 Smart Avatar 智能化身隐私功能和低功耗 3D 头部姿势检测，有助于增强其在各类市场网络边缘应用中的适用性。
应用场景更加丰富
网络边缘智能、传感器到云端互连和弹性的安全机制，既是 Avant 新品的重要技术创新点，也是最能够发挥 Avant FPGA 优势的代表性场景。
例如在视频互联和 AI 推理场景中，由于 Lattice FPGA 支持更高的 SERDES 速度协议，性能可比其他 FPGA 提高 2 倍， AI 推理性能比 MCU 提升 35 倍，这对追求实时响应的工业控制和边缘 AI 领域来说无疑是个好消息。而在低功耗存储传输系统中，得益于 Avant-G/X 高能效的存储接口设计，整个系统的功耗不但可降低 2.5 倍，而且热设计更加简单，产品的电池寿命也更长。
另一个典型的边缘 AI 加强应用来自工业安全领域，即“识别已知的操作员，发现‘专注 / 分心的操作员’，并做出警告”，这是通过用户认证实现安全和保护，提高安全性，并且优化了能效的代表性案例。
平台固件保护恢复、数据保护方面，得益于莱迪思在安全敏捷性、应对后量子威胁和可信根等领域具备的优势，以及“最先上电、最后断电的安全保护”， Avant 实现了 50ms 以内的上电速度，配置时间提高 10 倍以上，从而简化了系统设计，优化了终端用户体验，提升了安全和稳定性。
结语
当前，越来越多的行业市场要求 FPGA 能够根据客户需求做定制化，或是提供更好的解决行业痛点的方案。因此，如何走出传统通用型应用市场，针对行业差异性、区分度，提供更适合每个行业的应用，这是 FPGA 新的发展机会，也是新的挑战。莱迪思正凭借快速扩展的硬件和软件产品组合，帮助客户以更高水平的能效和性能加速设计，开启下一个创新时代。
