抢FPGA先机，AMD布局边缘互联设备，第六代Spartan UltraScale+ FPGA刷新性价比

电子发烧友网报道（文/黄晶晶）AMD的Spartan FPGA自1998年推出以来，历经五代升级在多个行业市场得到广泛应用。例如用于宇宙探索的火星探测仪、挽救生命的自动除颤器以及欧洲核子研究组织粒子加速器等。

是什么促使AMD不断优化升级成本优化型FPGA呢？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认为，从产品和应用趋势角度看，主要是边缘互联设备需求持续激增，预计到2028年物联网设备的数量将增加一倍以上，这会推动对于更高数量且更通用I/O，以及对于边缘端安全解决方案的需求。

同时，行业面临着设计工程人员短缺的问题。根据IBS的预测，全球设计工程师短缺的缺口约为30%，这一短缺不可能在短时间内弥补。那么就需要一些解决方案能够最大限度帮助开发人员提高效率。再就是行业客户希望供应商的产品具有长效的生命周期和稳定可靠的供应链。

基于此，近日AMD发布第六代Spartan UltraScale+ FPGA 系列，这是广泛的 AMD 成本优化型 FPGA 和自适应 SoC 产品组合的最新成员。Spartan UltraScale+ 器件能为边缘端各种 I/O 密集型应用提供成本效益与高能效性能。它基于16nm工艺制程，同时还涵盖 AMD 成本优化型产品组合中最为强大的安全功能集。



高效性能

Spartan UltraScale+ FPGA 针对边缘端进行了优化，可提供高数量 I/O 和灵活的接口，令 FPGA 能够与多个器件或系统无缝集成并高效连接，以应对传感器和连接设备的爆炸式增长。

在基于 28 纳米及以下制程技术构建的 FPGA 领域，该系列提供了业界极高的 I/O 逻辑单元比，具备多达 572 个 I/O 和高达 3.3 伏的电压支持，可为边缘传感和控制应用实现任意连接。经验证的 16 纳米架构和对各种封装的支持（从小至 10x10 毫米）以超紧凑的占板空间提供了高 I/O 密度。广泛的 AMD FPGA 产品组合则提供了可扩展性，从成本优化型 FPGA 直到中端及高端产品。



第六代Spartan UltraScale+ FPGA 采用16纳米FinFET制程工艺，同时搭载硬化 LPDDR5 内存控制器和支持8 个 PCIe Gen4 接口。基于此，相较于28纳米Artix 7系列，Spartan UltraScale+ 系列预计可降低高达30%的功耗。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28纳米技术，接口功耗降低60%。

AMD自适应和嵌入式计算事业部FPGA成本优化型产品组合产品线经理Romisaa Samhoud解析，整个产品系列器件密度范围非常广，从11,000个逻辑单元到218,000个逻辑单元，对应从SU10P到SU200P的产品。



在低密度FPGA上，具有非常高的I/O和逻辑单元比，适用于I/O扩展和板卡管理等应用。例如数据中心的一台服务器拥有非常多的元器件，包括CPU、GPU、电源管理和散热等，FPGA能够对板上各个元器件统筹管理，确保功耗、散热和周边设备能够按照预想的设计来运行。

在高密度FPGA端，Spartan UltraScale+ FPGA系列产品能够支持I/O选择的多样化和灵活性，适用于边缘设备、传感和控制的应用。例如工业机器人有非常多的传感器、摄像头、机动马达和工业网络，需要统筹运行。

同时，Spartan UltraScale+ FPGA通过缩小尺寸、硬化内存控制器等方式降低成本。



提供丰富的安全功能

Spartan UltraScale+ FPGA系列提供了AMD 成本优化型FPGA产品组合中最多的安全功能。



保护IP，支持后量子密码技术并具备获 NIST 批准的算法，能提供先进的 IP 保护，抵御不断演进的网络攻击和威胁。物理不可克隆功能会为每个器件提供唯一指纹，以提升安全性。

防止篡改，PPK/SPK 密钥支持有助于管理过期或受损安全密钥，而差异化功率分析则有助于防止侧信道攻击。器件包含永久性篡改惩罚，以进一步防止误用。

最大限度延长正常运行时间，增强的单事件干扰性能有助于客户进行快速、安全配置，并提升可靠性。

软件支持与稳定供应

AMD FPGA 和自适应 SoC 全产品组合由 AMD Vivado设计套件和 Vitis统一软件平台提供支持，使硬件与软件设计人员能够通过一款设计人员环境进行从设计到验证，充分利用这些工具及所包含 IP 的生产力优势。

Romisaa Samhoud分析，自2012年AMD就推出了Vivado设计套件，我们用同一套工具覆盖整个产品组合，无论是小型Spartan UltraScale+ FPGA，还是大型Versal Premium FPGA。同一套工具也可以覆盖整个设计的全生命周期，也就是从一开始的仿真到后期的合成，然后到固件，都可以采用同一套工具来设计。这不同于客户需要学习所有第三方不同工具的方式，一套工具解决端到端的设计对工程师而言更易学易用。

AMD在FPGA市场上有近40年深耕的历史，出货量达到了数十亿件，新一代的产品设计同样支持超过15年的产品生命周期，支持工业、医疗等多个行业的稳定应用。

AMD Spartan UltraScale+ FPGA 系列样片和评估套件预计于 2025 年上半年问世。文档现已推出，并于 2024 年第四季度自 AMD Vivado 设计套件开始提供工具支持。


写在最后


继Virtex、Kintex、Artix、Zynq等产品采用16纳米工艺制程之后，AMD也将最新Spartan UltraScale+ FPGA系列带入16纳米。实际上，这个FPGA系列从45nm、28nm、20nm来到16nm，体现出AMD投资前端工艺的引领性，未来也将投资于更先进的7nm制程，不断为边缘设备提供成本优化型解决方案。