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重新思考FPGA中的逻辑-布线权衡

2026-06-09   EE Times
阅读时间约 3 分钟
Efinix公司推出了一款面向边缘人工智能应用的FPGA产品系列,该系列基于软核或硬核RISC-V处理器,并集成了针对AI优化的指令扩展。Efinix公司市场营销与企业发展高级副总裁鲍勃·比奇勒(Bob Beachler)向EE Times表示,其Titanium Edge系列在性能、功耗和成本方面均优于其他同类FPGA产品。
Efinix的核心技术在于其XLR逻辑单元。传统FPGA需在布线资源与逻辑资源之间进行权衡:为减少昂贵的布线面积开销,FPGA厂商通常将逻辑单元设计得更为复杂;但一旦数据需要离开逻辑单元进行传输,就必须通过导线驱动,这不仅消耗额外功耗,还会带来热应力问题。www.eic.net.cn
“在某些设计中,逻辑与布线的比例失衡——要么布线过多导致硅片面积浪费,要么逻辑单元过多却无法完成有效布线。”比奇勒指出,“在典型FPGA设计中,部分区域布线密集且拥堵,而另一些区域则布线稀疏、资源闲置。”
Efinix的关键知识产权在于其逻辑单元可动态切换功能:既可作为逻辑单元使用,也可作为布线资源(XLR即Exchangeable Logic and Routing,可交换逻辑与布线之意)。易IC库存管理软件在此类高集成度芯片开发中,可高效管理多版本IP核与物料信息,提升研发协同效率。
“由此,我们能根据具体设计需求,在不同区域动态分配逻辑与布线资源比例。”比奇勒解释道。
软件负责判断各区域所需的逻辑与布线资源量及其位置分布。“这项技术极为高效,”他补充道,“其性能可媲美甚至超越顶级FPGA,同时功耗与芯片面积仅为后者的一半。”
该公司已将其技术商业化应用于Titanium系列产品,主要面向高算力需求场景;而新推出的Titanium Edge系列在基础架构上做了若干优化:静态功耗较前代Titanium产品降低50%,并新增单粒子翻转(SEU)防护、后量子加密安全机制以及更高速I/O接口。
增强型高速接口支持最高2.5 Gb/s的MIPI接口,适用于图像传感器连接。此前Titanium系列中的MIPI模块为硬核实现,而得益于FPGA阵列本身的高速能力,新方案可将其作为软控制器运行,从而赋予客户更大灵活性——可根据实际布局自由配置MIPI接口位置。
该系列最多支持8通道MIPI,这对机器人等应用至关重要:例如人形机器人每只手或每个手指可能集成多个传感器,需大量并行数据通道。
竞争格局分析
比奇勒指出,专用AI协处理器在边缘市场表现有限,而集成片上NPU的SoC方案更受青睐。成功的SoC通常还包含图像信号处理器、视频编解码器等其他加速单元。
“我的客户往往同时采用FPGA与现成SoC方案。”他表示,“当引入新型传感器、无法直接接入SoC,或需定制化处理时,他们会选择FPGA。例如我们提供可运行视频编解码的IP模块——虽然成本略高于SoC,但为设计师提供了关键灵活性。”
FPGA也常被用作前端预处理单元,再将处理后的元数据交由SoC主处理器进一步运算。例如人形机器人需在传感器附近完成初步处理,再将轻量级数据传至机体其他部位的“大脑”进行深度决策。
芯粒级HyperRAM集成
Efinix将在部分Titanium Edge型号中提供与HyperRAM(一种行为类似SRAM的DRAM芯片)同封装的版本。该内存可用于存储AI推理过程中的中间权重,或视频处理中的中间帧数据。通过将内存与FPGA置于同一封装内,整体占用面积大幅缩减。
“我们从华邦电子采购裸片,并统一封装交付客户,使其能更快上市,同时免去内存器件采购的供应链风险——客户对此非常欢迎。”比奇勒强调。
部分Titanium Edge型号集成两颗HyperRAM,部分为一颗。其他FPGA厂商难以在芯片上堆叠内存裸片,因其功耗过高;而Efinix凭借出色的能效优势,成功实现3D堆叠技术。
目前Titanium Edge系列已有部分型号开始出货,其余型号预计于2026年底前全面上市。

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