详解赛灵思异构 3D 技术
继 virtex-7 2000t 之后，赛灵思日前又推出一款 7 系列的高端器件 virtex-7 h580t，这是全球首款异构 3d fpga，该技术是在堆叠硅片互联(ssi)技术的基础上，对 fpga 和 28gbps收发器的整合方式进行了创新。赛灵思亚太区市场及销售副总裁杨飞表示，从处理器到数模混合再到 ip 资源的整合，赛灵思提供的已经不仅仅是 fpga 器件，而是 allprogrammable的平台。
从性能上看，virtex-7 ht 系列是业界带宽最高的 fpga，最多可提供16个28gbps 收发器和72个13gbps 收发器，也是唯一能满足关键 nx100g 和400g 线路卡应用功能要求的单芯片方案。首先供货的 virtex-7 h580t 拥有8个28gbps 收发器,该器件结合了赛灵思先进的100g 变速机制(gearbox)、以太网 mac、otn 和 interlaken ip，可为客户提供不同的系统集成，从而满足他们在向 cfp2光学模块转型时对密度、功耗和成本的要求。 那么，virtex-7 h580t和 virtex-7 2000t 究竟有哪些不同呢?杨飞表示，同样是3d 工艺器件，virtex-7 2000t 是将4片28nm fpga 管芯堆叠，从而搭建出68亿个晶体管200万门规模的强大器件。在 virtex-7 2000t 中，高速串行收发器与 fpga 是同在一个28nm 的 die 上，而28gbps 收发器在40nm 工艺上表现甚佳，所以目前最理想的做法是采用40nm 的28gbps 收发器。virtex-7 ht 器件就是将3片28nm fpga 管芯(内置72个13gbps 收发器)和16个40nm 的28gbps 收发器(共2片，每片8个置于 fpga 管芯阵列的两侧)进行堆叠互联。从性能上看，virtex-7 2000t 拥有最高的逻辑资源(适用于原型验证、asic 替代和一些前沿应用的算法实现等)，virtex-7 h580t 则在收发器数量和带宽上具有更高的表现，这也与其产品定位有很大关系。
赛灵思全球高级副总裁兼亚太区执行总裁汤立人表示，模拟工艺并不完全能跟随摩尔定律走，赛灵思的异构3d 工艺中，65nm 工艺的金属连接层本身是被动组件，可以自由搭配40nm和28nm 工艺的数字和模拟器件，降低了集成的难度，避免了散热的难题。“从 cfp2光学模块接口要求的抖动特性眼图实测效果看，virtex-7 h580t 表现完美，”汤立人说，“目前市面上 还未 见有 同样 性能 的器 件， 有号 称可 提供 4个 28gbps 收 发器 的 fpga 实 际是 能跑 到25gbps，并且其眼图表现不好。”virtex-7 h580t 器件采用异构3d 结构提供独立于核心 fpga 的28 gbps 收发器，保证了整体信号完整性并提升了生产力。
杨飞表示，fpga 和收发器分属数字和模拟的不同工艺，virtex-7 ht 器件的这种异构化设计使赛灵思能够随意选择核心 fpga 和28gbps 收发器芯片，这可以减少28nm 工艺下，搭载高速收发器的 fpga 的漏电问题带来的影响。另外，异构3d 的结构，使得28gbps 收发器独立在 fpga 外，因而噪声隔离效果卓越，实现了最佳的整体信号完整性和系统余量，并加快了设计收敛，加速产品上市进程。
virtex-7 ht 可以说是为高速和高带宽的通信系统度身定做，如 cfp2模块的线卡。杨飞表示，为了升级网络，解决数据用量的几何级增长带来的挑战，通信产业正在改善光学模块的功耗和端口密度，同时还要降低单位比特的成本，由 cfp 向 cfp2以及未来 cfp4光学模块发展是产业趋势。virtex-7 ht 是唯一一款能在逻辑容量和 i/o 速率上同时满足更高处理能力线路卡要求的 fpga 单芯片解决方案，能够满足 nx100g 和400g 线路卡设计的需求，能支持多达4个 ieee 100ge gearbox，而且能在同一 fpga 中选择集成高级调试功能、otn、mac或 interlaken ip，无需独立的 gearbox 和 assp 器件。杨飞表示，virtex-7 h580t 能够在单芯片上实现2×100g otn 转发器，与其相比，以 assp 为基础的方案还有一年多才面世，需要5个器件来实现同等功能，而且功耗至少增加40%，成本增加50%，并且没有差异性。此外，将于明年1季度推出的 virtex-7h870t 器件已经能够支持400ge(目前唯一的单片方案)16个25gbps 接口的模块。这样就能降低整体功耗和材料成本，而且能够随着协议的不断变化提供更灵活的方案。
虽然赛灵思所使用的台积电的这种3d 工艺并非排他性技术，但由于涉及器件电路的重新设计和布局，所以并非简单的移植就可用。汤立人表示，简单来讲，要用 ssi 技术，必须将管芯之间的互联由原来的 i/o 口互联(该模式无法满足超大规模器件对效率的要求)，更改为由中间的金属互联层进行(互连效果相当于同一个 die，延迟只有1ns)，这涉及到设计方法学和整个产品平台策略的革命，非一朝一夕可以完成。赛灵思从2006年开始导入计划，历经5年时间方才大功告成，这意味着其他公司要想使用该技术研产，面临的挑战十分巨大。
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从性能上看，virtex-7 ht 系列是业界带宽最高的 fpga，最多可提供16个28gbps 收发器和72个13gbps 收发器，也是唯一能满足关键 nx100g 和400g 线路卡应用功能要求的单芯片方案。首先供货的 virtex-7 h580t 拥有8个28gbps 收发器,该器件结合了赛灵思先进的100g 变速机制(gearbox)、以太网 mac、otn 和 interlaken ip，可为客户提供不同的系统集成，从而满足他们在向 cfp2光学模块转型时对密度、功耗和成本的要求。 那么，virtex-7 h580t和 virtex-7 2000t 究竟有哪些不同呢?杨飞表示，同样是3d 工艺器件，virtex-7 2000t 是将4片28nm fpga 管芯堆叠，从而搭建出68亿个晶体管200万门规模的强大器件。在 virtex-7 2000t 中，高速串行收发器与 fpga 是同在一个28nm 的 die 上，而28gbps 收发器在40nm 工艺上表现甚佳，所以目前最理想的做法是采用40nm 的28gbps 收发器。virtex-7 ht 器件就是将3片28nm fpga 管芯(内置72个13gbps 收发器)和16个40nm 的28gbps 收发器(共2片，每片8个置于 fpga 管芯阵列的两侧)进行堆叠互联。从性能上看，virtex-7 2000t 拥有最高的逻辑资源(适用于原型验证、asic 替代和一些前沿应用的算法实现等)，virtex-7 h580t 则在收发器数量和带宽上具有更高的表现，这也与其产品定位有很大关系。
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杨飞表示，fpga 和收发器分属数字和模拟的不同工艺，virtex-7 ht 器件的这种异构化设计使赛灵思能够随意选择核心 fpga 和28gbps 收发器芯片，这可以减少28nm 工艺下，搭载高速收发器的 fpga 的漏电问题带来的影响。另外，异构3d 的结构，使得28gbps 收发器独立在 fpga 外，因而噪声隔离效果卓越，实现了最佳的整体信号完整性和系统余量，并加快了设计收敛，加速产品上市进程。
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