Spartan 6、7系列即将被取代：AMD推出16nm的第六代Spartan UltraScale+
作者: 付斌
从1998年到现在，AMD Spartan系列FPGA已经帮助我们解决了很多医疗问题，探索其他星球，甚至是了解宇宙。作为一个服役25年的知名产品，它也需要跟上时代的脚步，进一步升级。
日前，AMD推出全新的Spartan UltraScale+系列，作为第六代Spartan FPGA产品，它依然延续Spartan的低成本、低功耗优势，并取代了Spartan 6和Spartan 7系列。
提升生命周期的秘诀
事实上，观察AMD此前产品线可以看出，Virtex、Kintex、Artix、Zynq均已推出Ultra Scale+产品系列，并迈入16nm阶段。
为了增加使用生命周期，首先考量的就是选择对相关的制程工艺，同时要有适配的供应商一起在长时间周期里去交付产品。
AMD的产线是如何向前扩展的？可以看出，无论是Zynq还是Artix，都在从45nm到28nm再到16nm的迁移。
“我们认为16nm制程工艺是业界比较主流认为非常成功的，同时也是非常推崇的制程工艺，所以在这个基础上，我们有信心使用16nm作为我们前瞻性的支持长生命周期的应用产品线技术。”AMD 自适应和嵌入式计算事业部成本优化型芯片营销高级经理Rob Bauer如是说。
Spartan UltraScale+ FPGA系列产品同样采用经过业界验证、且成熟的16nm节点，在设计过程中将未来的就绪性考虑进来，能够更好地去适应未来新生需求和应用的需要。
从下图可以看出，通过制程节点升级，Spartan UltraScale+支持超过15年的产品生命周期，能够支持工业、医疗等多个行业应用。也就是说，Spartan UltraScale+能够将生命周期延续至2040年以后。
除此之外，在可行的情况下，AMD也会与供应商合作，进一步拓展产品使用周期。比如最近通过与供应商合作，将28nm的7系列器件产品使用周期延长到了2035年。
总功耗降低多达30%，接口连接功耗骤降60%
从参数来看，Spartan UltraScale+系列极为强大。升级16nm FinFET与硬化DDR、PCIe获得极致的低功耗；在UltraRAM存储的支持支持下，拥有高达26Mb的片上内存；高达8GTH，支持16.3Gb/s的收发器和PCIe；拥有更快、更高效的数字信号处理能力，速度可以多达384个DSP48E2块。
此外，Spartan UltraScale+系列增加了更多面相未来的功能，包括对于成本敏感型客户的一些非常重要的功能，例如灵活的I/O接口。AMD提供了三种不同类型的I/O，可以支持MIPI D-PHY协议，多达572个I/O，支持3.3V电压，3.2 G MIPI D-PHY。
首先，在16nm FinFET加持下，与前代产品相比Spartan UltraScale+能效获得巨量提升，与前代产品相比，通过这样的工艺应用可以将总功耗降低高达30%。
对于集成硬化IP的大型器件来说，最多能将接口功耗降低60%。如果以PCIe或DDR上每比特传输的总功耗来作为能效的衡量，较上一代28nm技术能够进一步提高它的功耗节约。
其次，Spartan UltraScale+设计了更好的促进了接口的连接，特别在低密度端，拥有非常高的I/O和逻辑单元比，相比Artix 7拥有2.4倍的I/O逻辑比，相比Spartan 7拥有3.5倍I/O逻辑比。
举例来说，数据中心服务器内包含诸多元器件，包括CPU、GPU、电源管理和散热，在采用基板管理控制器能力之外，这些器件有非常好的元器件统筹管理能力，可以确保功耗、散热和周边设备能够按照预想设计运行。
而在高密度端，不仅I/O选择非常多样化，这些I/O也具备非常高的灵活性，可以实现任意连。比如像工业机器人这样的应用，由于机器人上面有非常多传感器、摄像头、机动马达和工业网络，它们需要这些功能去统筹运行。
再者，Spartan UltraScale+能够为客户的安全保驾护航。比如，后量子密码技术（PQC）和AES-GCM，专门用于比较高速安全的配置，能够确保用户IP的安全。再比如，物理不可克隆功能（PUF），进一步减少单一事件干扰（SEU）造成的威胁，避免对于设备的一些误用和滥用。此外，AMD也增强了对单事件干扰的性能。
最后，AMD可以借助VIVADO设计工具为开发者提供最好的开发体验。事实上，其他供应商的现状是非常分散化、碎片化的流程，客户可能需要学习所有第三方不同的工具，包括用于仿真、合成以及硬件语言。
但是AMD的思路，是统一，用一款工具实现端到端的设计，同时AMD有专用单一供应商来源的支持，客户只需要做一次学习就可以多次运用在不同的产品中。
涵盖各个领域的优势产品
事实上，目前在国内市场，很多厂商都在提供低成本FPGA产品，竞争非常激烈。对此，Rob认为，Spartan UltraSacle+具有以下几点优势：
第一，工具上的优势。AMD思路就是要用统一、集成的一套工具能够使工程人员在整个设计流程中来高效地完成这个设计，迅速让这个产品投产。
第二，能够保证客户需要的质量和可靠性保障。这样的保障来源于多年的深耕，同时也要有数十亿件器件发货量的基础。
第三，专注于供应的稳定性。AMD拥有非常成熟稳健的从业历史，我们对于这些长效的生命、使用周期都有长期的保证。
纵观Spartan UltraScale+整个产线，涵盖密度范围非常广，从SU10P到SU200P，从11000个逻辑单元到218000个逻辑单元。这些产品也能覆盖到诸如I/O扩展、板卡管理、边缘设备、传感和控制等应用。
那么，对于客户来说，如何优化自己的成本？根据Rob的介绍，在同样I/O数量的前提下，用16nm Spartan UltraScale+替换现行的28nm Spartan 7产品，就能实现成本的节约。
