40 年前，Xilinx推出了一種革命性的設(shè)備，可以在工程師的辦公桌上使用邏輯進(jìn)行編程。

Xilinx 開(kāi)發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 （FPGA） 使工程師能夠?qū)в凶远x邏輯的比特流下載到桌面編程器，以便立即運(yùn)行，而無(wú)需等待數(shù)周才能從晶圓廠(chǎng)返回芯片。如果出現(xiàn)錯(cuò)誤或問(wèn)題，可以當(dāng)場(chǎng)重新編程設(shè)備。

“我從事 FPGA 領(lǐng)域已有 27 年，從 1999 年開(kāi)始對(duì) FPGA 進(jìn)行編程，”AMD 產(chǎn)品、軟件和解決方案公司副總裁 Kirk Saban 告訴EEPW，該公司于 2022 年收購(gòu)了賽靈思?！八赡苁亲畈粸槿酥陌雽?dǎo)體類(lèi)型之一，人們知道 CPU 是什么，有了 AI，現(xiàn)在知道 GPU 是什么，但對(duì) FPGA 的了解卻很少?！?/p>

第一款芯片 XC2064 于 1985 年 6 月問(wèn)世，當(dāng)然，經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)以及今年早些時(shí)候的設(shè)計(jì)和流片。它有 600 個(gè)門(mén)和 64 個(gè)可配置邏輯塊，運(yùn)行頻率為 70MHz。但這是一個(gè)巨大的變化，使芯片進(jìn)入了半導(dǎo)體名人堂。

“當(dāng)他們剛開(kāi)始時(shí)，它是關(guān)于吸收電路板上的邏輯并提供可編程的 I/O，”Saban 說(shuō)?！拔覀円呀?jīng)發(fā)展了很長(zhǎng)一段路，如今擁有高速 SERDES、硬化 IP、內(nèi)存控制器、以太網(wǎng)、AI 處理器以及 ARM 嵌入式計(jì)算?！?/p>

該公司由 Ross Freeman、Bernard Vonderschmitt 和 James Barnett 于 1984 年共同創(chuàng)立，他們?cè)?Zilog 共事。其目的是使用具有可編程陣列的晶體管，而不是 LSI Logic 和 VLSI Technology 等公司開(kāi)發(fā)的門(mén)陣列，其中晶體管陣列是在制造工藝中用金屬層“編程”的。Xilinx 還開(kāi)創(chuàng)了無(wú)晶圓廠(chǎng)工藝，使用 Seiko Epson 在 2.5 微米 CMOS 工藝上制造芯片，而不是建立自己的晶圓廠(chǎng)。該公司后來(lái)與 UMC 以及 IBM 密切合作，在將其晶圓廠(chǎng)出售給 AMD 之前。

Vonderschmitt 從一開(kāi)始就擔(dān)任首席執(zhí)行官，1996 年從 HP 升任的 Wim （Willem） Roelandts 接替了他。Roelandts 于 2008 年由 Moshe Gavrielov 接任，他從 Cadence Design Systems 加入 Cadence Design Systems，現(xiàn)在是該公司的董事會(huì)成員。

“我很榮幸能有機(jī)會(huì)在過(guò)去十年中領(lǐng)導(dǎo)賽靈思，”Gavrielov 在 2018 年 1 月卸任公司第三任首席執(zhí)行官時(shí)表示，彭偉達(dá)于 2018 年 1 月接任，彭偉達(dá)曾在 AMD 工作，四年后負(fù)責(zé)監(jiān)督此次收購(gòu)。

“Xilinx 于 1985 年發(fā)明了世界上最成功的可編程邏輯類(lèi)別，此后一直保持領(lǐng)先地位。在過(guò)去幾年中，Xilinx 擴(kuò)大了其市場(chǎng)份額，由于我們員工具有非凡的才能，因此在實(shí)力、機(jī)會(huì)和勢(shì)頭方面取得了前所未有的地位，“Gavrielov 表示。

2022 年 2 月的收購(gòu)使 Xilinx 成為 AMD 的自適應(yīng)和嵌入式計(jì)算事業(yè)群，增加了嵌入式 x86 處理器系列。

“有些事情發(fā)生了變化，但很多事情保持不變，”薩班說(shuō)。“我們自己做出制造投資決策，我們的業(yè)務(wù)部門(mén)還負(fù)責(zé)嵌入式CPU、Ryzen和Epyc以及一個(gè)定制的ASIC團(tuán)隊(duì)，所以我們已經(jīng)從純粹的FPGA發(fā)展到嵌入式x86和定制，我們正在利用AMD的所有研發(fā)。”

FPGA 的一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)是即使在運(yùn)行期間也能改變?cè)O(shè)備的功能。這種部分重配置允許更改器件的模塊以替換多個(gè)組件，但過(guò)程很復(fù)雜。這也使得意大利 Mipsology 等公司開(kāi)發(fā)的工具（后來(lái)被 Xilinx 收購(gòu)）實(shí)現(xiàn)了超過(guò) 100% 的邏輯陣列利用率。

然而，早在最近的 AI 繁榮之前，AI 的興起就已經(jīng)為業(yè)務(wù)帶來(lái)了福音。

“我們的業(yè)務(wù)部門(mén)通常更多地在邊緣而不是云中發(fā)揮作用，”Saban 說(shuō)，“我們確實(shí)看到了邊緣推理的巨大變化，我們的 CPU 和 FPGA 技術(shù)非常適合在邊緣進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。它很好地說(shuō)明了當(dāng)事情變化如此之快時(shí)，可編程性所帶來(lái)的歷史優(yōu)勢(shì)。

銀行和金融機(jī)構(gòu)在 2000 年代通過(guò) Alveo 加速卡成為該技術(shù)的主要采用者。

“Fintech 是一個(gè)早期采用者市場(chǎng)，其工程技術(shù)可以利用實(shí)時(shí)功能，”Saban 說(shuō)。“他們沒(méi)有使用我們的 AI 工具，而是真正使用機(jī)器學(xué)習(xí)編譯器，他們?cè)诜浅５偷募?jí)別編寫(xiě)代碼，因此這更像是一種硅架構(gòu)游戲，而不是邊緣 AI 的廣泛市場(chǎng)采用，這需要現(xiàn)代編譯器和易用性?！?/p>

同時(shí)，這些設(shè)備引起了汽車(chē)開(kāi)發(fā)人員的興趣，用于娛樂(lè)系統(tǒng)和早期傳感器系統(tǒng)。

“汽車(chē)在嵌入式 AI、ADAS、圖像檢測(cè)、低延遲實(shí)時(shí)決策方面處于領(lǐng)先地位，汽車(chē)領(lǐng)域正在進(jìn)行大量創(chuàng)新，”他說(shuō)?！捌?chē)的制造方式正在發(fā)生變化，它正在成為車(chē)輪上的 iPhone。我們從 IVI 開(kāi)始，但已經(jīng)發(fā)展到 ADAS 和自動(dòng)駕駛，并一直延續(xù)到航空航天領(lǐng)域。

“人們對(duì)自主系統(tǒng)、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、汽車(chē)等所有那些對(duì)功率有限的本地化計(jì)算有巨大需求的東西都非常感興趣，這些東西非常適合我們擁有的產(chǎn)品。人形機(jī)器人現(xiàn)在在許多市場(chǎng)也受到廣泛關(guān)注，無(wú)論是在危險(xiǎn)環(huán)境中還是在生產(chǎn)線(xiàn)中。上市時(shí)間、現(xiàn)場(chǎng)可編程性、無(wú)線(xiàn)更新等基本原則仍然非常重要，我認(rèn)為隨著我們的發(fā)展，這種情況不會(huì)改變。

工藝技術(shù)

FPGA 是證明新工藝技術(shù)的絕佳設(shè)備，因?yàn)樗哂写罅烤w管陣列和冗余方案，因此低良率不會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)輸。這有助于鑄造廠(chǎng)改進(jìn)其流程。

然而，近年來(lái)，GPU 一直是工藝驗(yàn)證設(shè)備，而 Xilinx n 尤其一直在推動(dòng)小芯片技術(shù)將 FPGA 陣列、高速收發(fā)器和現(xiàn)在的 AI 加速器相結(jié)合。

“這已經(jīng)成為一個(gè)成本問(wèn)題，”Saban 說(shuō)?！拔覀円呀?jīng)回到了一個(gè)檔次，但我們?nèi)栽谘芯?6nm 非常先進(jìn)的工藝，我們正在研究更先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)，我們有 2nm 的工作。我們可以利用 AMD 在 GPU 上所做的所有工作，但 FPGA 市場(chǎng)中能夠負(fù)擔(dān)得起的只是相對(duì)較小的子集。

“自 2011 年以來(lái)，我們一直在使用各種形式的小芯片，”他說(shuō)?！拔覀兣c臺(tái)積電合作開(kāi)發(fā)了帶有 Virtex-7 的 CoWoS。FPGA 已經(jīng)發(fā)展到多模式策略，16nm FinFET 處于低端，而 Versal 則優(yōu)先于 6nm 并轉(zhuǎn)向更先進(jìn)的技術(shù)。多年來(lái)，這種情況已經(jīng)發(fā)生了變化。過(guò)去，當(dāng)您遷移到新節(jié)點(diǎn)時(shí)，您會(huì)將所有產(chǎn)品都移動(dòng)到該節(jié)點(diǎn)。

這也對(duì)設(shè)備的長(zhǎng)期支持有影響。雖然 40 年后沒(méi)有，但該公司估計(jì)，在那段時(shí)間出貨的 30 億臺(tái)設(shè)備中，有多達(dá)三分之二的設(shè)備今天仍在運(yùn)行。

“我們的 20nm 零件將生產(chǎn)到 2040 年，我們的 16nm 和 6 和 7nm 零件將生產(chǎn)到 2045 年，并且位于一些受歡迎的節(jié)點(diǎn)上使我們能夠做到這一點(diǎn)，”我們的 Saban 指出?！袄?，對(duì)于我們?nèi)栽谏a(chǎn)中最古老的部件 Spartan 6，我們?nèi)匀辉?40nm 以及所有 28nm 器件、Virtex4 和 5 之后的 15 到 20 年內(nèi)發(fā)貨?！?/p>