30年的低本钱立异
我国有句俗语叫“30年河东，30年河西”，Altera在1984年发布了第一款非易失PLD EP300器材，30年间，可编程器材在功用上不断发展乃至应战摩尔定律，工艺技术也有了长足的前进，电子规划范畴呈现了许多代替品，而终端运用范畴更是发生了天翻地覆的改动，这一定是PLD的发明者不曾想到的。最近一年，终端需求也使得芯片范畴加快立异。就Altera来说，在曩昔6个月，其相继发布了3款满足“有料”的FPGA及SoC系列：Arria 10、Stratix 10以及MAX 10，它们都是Altera在立异大潮中重磅推出的“第10代”(Generation 10)产品，也为Altera第4个十年打下了坚实的根底。
今日的主角是MAX 10，它早在界说之初就被封为“下一代非易失FPGA”，近来，Altera公司产品营销资深总监Patrick Dorsey先生在北京与记者共享了将在10月1日正式开端供给的MAX 10 FPGA的一些特性，咱们也来探求一下它是否真的“实至名归”。
图1 Altera公司产品营销资深总监Patrick Dorsey先生
Patrick企图先用“老朋友”这个形象来拉近与我国的间隔：“30年前，Altera就为我国供给低本钱的可编程器材，我国商场逐步成为Altera最重要的商场之一，例如，我国闻名通讯根底设施公司的产品逐步把Altera的器材作为中心部件。”Altera这款新FPGA以原本为CPLD系列“头衔”的“MAX”来命名，也是想杰出其连续了Altera可编程产品物美价廉的传统，而低本钱的MAX 10所具有的一些功用一般只要高端FPGA才具有。
体系级的集成
传统的FPGA体系(如电机操控或轿车文娱体系)主要由32位处理器、FPGA、电源模块以及很多的外部模仿器材构成，32位处理器作为主处理器，FPGA做加快或许其他弥补功用。Altera此次把很多的外围器材(包含振荡器、时钟、模数转换器、温度传感器等)集成到MAX 10中，而曩昔体系的中心32位处理器也可以用Altera的软核处理器Nios II来代替，这可以让电路板面积减小50%。需求指出的是，集成到FPGA的模仿器材(如12位SAR ADC)，其功用可以与独自的器材比美，而集成到FPGA内部今后，不光减小了版级面积，还降低了物料本钱，并片内体系监测和丈量环境状况。Patrick还特意演示了MAX 10的模仿部分功用(请看文章结尾处视频)，他还爆料称：将来Altera还可能把电源体系也集成到FPGA内部。
图2 新旧FPGA体系比照图
嵌入式闪存前进体系价值
现在不管是处理器厂商仍是FPGA厂商都在热衷于做“集成”，把更多的模仿部分、多个处理器集成到芯片中，这也促进了近几年SoC迅速发展。而“集成热”也导致了另一个问题：芯片差异化愈加困难，这也使得厂商需求从其他视点去探究怎么差异化以前进体系价值。
Altera找到了很好的切入点——嵌入式闪存工艺。为什么嵌入式闪存事关重大呢?Patrick总结为4点：(1)降低了本钱，因为减少了BOM并完结了更小的电路板面积;(2)降低了体系危险，因为要办理的供货商减少了，简化了PCB规划，并可以坚持较长的产品生命周期;(3)失效安全长途更新，其能存储两个装备镜像，在长途体系更新的一起不影响体系自身的工作;(4)因为其瞬时接通装备和上电排序功用而前进了体系办理功率。MAX 10中的闪存(NOR)包含1个用户闪存和两个装备闪存。总所周知，闪存的功耗和本钱关于芯片规划来说是一个应战，MAX 10的功耗规模为100 mW(待机时)~1 W(工作在200 MHz时)，价格也是很低的。Patrick泄漏：MAX 10之所以可以完结低功耗和低本钱，并且完结双装备闪存和用户闪存，除了芯片自身的规划优化，最重要的是采用了台积电(TSMC) 55 nm嵌入式闪存工艺。惋惜的是，虽然双装备闪存这种功用很有用，但根据工艺差异，现在也不能推行到其他FPGA系列。
MAX 10的嵌入式处理功用也协助其前进了体系价值。Patrick具体进行了解说：(1)MAX 10是单芯片嵌入式处理器体系，有软核Nios II处理器支撑、更小的引脚布局且不需求外部RAM或许存储;(2)用户可定制处理器，具有MCU所不具有的灵活性;(3)支撑实时运用，在10 ms内完结装备，这点是轿车和工业运用特别垂青的;(4)坚持较长的产品生命周期。
图3 MAX 10内部架构图
方针运用晋级
MAX 10 的方针商场主要有工业、轿车体系以及通讯、核算和存储运用。在正式发布MAX 10前，Altera找了100名客户参加到了MAX 10 的前期运用方案，Patrick很快乐地谈到了我国的状况：“我国的前期运用客户会集在机器视觉和电机操控范畴。MAX 10的双装备闪存和嵌入式处理功用，可以完结机器视觉中的失效安全长途更新(双装备中一个坚持正常工作，一个用于更新)和运动操控处理，也可以保证电机操控运用中多个电机在10 ms内进行快速切换。例如，运动操控归于高功用操控，凭仗MAX 10内部的DSP，客户可编写精准的算法，并且车间的环境和要求会不断改动，用户经过改动算法就可以作相应调整，表现了FPGA的灵活性。”
3 mm×3 mm的小封装MAX 10成为空间受限体系的高效解决方案。针对轿车运用，MAX 10可以用于信息文娱、辅佐驾驭和电动轿车范畴。例如，其瞬时接通装备与辅佐驾驭的快速体系相应完美符合，其DSP可以完结电动轿车逆变器和转换器中的加快操控环。针对高档通讯、核算和存储运用，其可以有效地办理杂乱操控功用，一起进行体系装备、接口桥接、电源排序和I/O拓宽。此外，鉴于现在客户都倾向于有了开发板才运用新的芯片，Altera此次不只是推出MAX 10芯片，还包含起价30美元的评价套件、软件、规划实例、训练和相关文档，这为工程师们节省了很多时刻。
图4 芯片及开发板实物图
与工艺技术一起腾跃
一般来说，FPGA产品每次的更新换代都会让功用前进约15%，而Altera根据Intel 14 nm 三栅极工艺的Stratix 10比旧产品功用前进了2倍。我想这也代表着未来产品演进的趋势，从半导体厂商、职业公司到终端用户，整个生态链都不再满足于小的前进，而是大的跨过，乃至是推翻，这个时代人的心境便是“烦躁”的，其活跃一面是推动了立异。根据TSMC 20 nm的Arria 10也被Altera界说为功用最好的20 nm FPGA和SoC。Patrick骄傲地表明：“Altera与Intel和TSMC都坚持了杰出的联系，Altera与TSMC的严密协作从战略来说关于我国也是非常重要的。还有一点是需求再次着重的，与TSMC协作的MAX 10是现在国际仅有一款根据55 nm嵌入式闪存工艺的FPGA。”这也表现了MAX 10的宝贵之处。
在新我国建立65周年之际推出MAX 10应该是Altera的有心为之，凭仗这个“国庆大礼”的共同功用，信任能协助Altera进一步拓宽我国的工业、通讯、核算和存储等商场。
