Altera：20nm技术延续硅片融合承诺
近期，altera发布其下一代20nm产品中规划的几项关键创新技术，延续在硅片融合上的承诺，altera向客户提供终极系统集成平台，以结合fpga的硬件可编程功能、数字信号处理器和微处理器的软件灵活性，以及面向应用的硬核知识产权（ip）的高效。在攻克20nm技术上，面临了哪些技术挑战，又实现了怎样的突破，fpga今后的发展方向如何，就业界普遍关注的问题，记者采访了altera公司首席技术官misha burich博士。
克服五大挑战
谈到技术挑战，altera公司首席技术官misha burich博士说道：“从工艺技术来讲，每一个节点都会存在一些挑战。”20nm与28nm相比，他指出主要存在以下几个方面的挑战：
一是在早期电路模拟上。在设计初期，需要遵循一些设计规则，而且要非常了解晶体管的特性，根据不同电压和电流的特性，进行早期电路上的模拟。在20nm工艺节点上，需要更多的工艺步骤。
fpga如今可集成非常多的功能，如i/o、收发器、dsp、存储器等，对整个系统的集成能力要求非常高，每一种线路的特性也都不一样，所以在早期需要大量的模型把线路模拟出来。
二是功耗方面的挑战。把诸多器件集成在一起，将功耗保持在低水平上是非常大的挑战。现在，20nm最大的芯片上有60亿个晶体管，28nm时只有40亿～50亿个晶体管。altera的20nm技术在功耗管理方面实现了创新，包括自适应电压调整、可编程功耗技术以及工艺技术优化等，使得altera器件功耗比前一代降低了60%。
三是架构设计上的挑战。对于创新功能，在整个架构设计中需要非常小心的处理。20nm里有一些新挑战，比如精度可调方面的dsp浮点运算器、收发器、3d技术等等。
四是来自可靠性方面的挑战。altera服务的客户群是长期的，可能长达10年或20年。这样在产品的可靠性上就是一个比较大的挑战，需要详细调试在不同应用环境下的不同电压和不同温度。
五是项目管理上的挑战。团队规模的要求非常高，altera在攻克20nm工艺上的团队有800多位工程师，他们来自不同的背景，有工艺技术方面的专家、ic设计工程师、架构工程师和eda软件工程师等，将一个大的团队有效地无缝衔接，同时是在研发时间上也比较紧的情况下，这是非常大的挑战。
实现三大突破
在克服了五大挑战之后，altera的20nm技术上还实现了三大突破，分别是：串行带宽提高了2倍以上，系统集成度提高了10倍，dsp性能提高了5倍。
misha burich博士指出，在提高串行带宽方面，altera 20nm收发器将实现业界最大串行带宽，支持向100g背板和400g系统的发展。20nm器件包括驱动cei-25g-lr和以太网4×25g背板的28gbps收发器，面向芯片至芯片或者芯片至光模块连接而设计的40gbps收发器。
在系统集成方面，altera将引入创新的高速芯片至芯片接口，在一个3d封装中集成多个管芯。misha burich博士说道：“目前真正意义上是2.5d，3d是altera一个长远的部署，我们将分而治之。”
借助fpga、hardcopy asic或者第三方asic的集成，altera能够提供10倍于任何28nm产品系统集成度的单器件解决方案。altera的异质混合3d ic将采用tsmc的芯片-晶圆-基底（cowos）集成工艺进行制造。利用这些器件，开发人员可大幅度提高系统集成度和系统性能以突出产品优势，同时还可以降低系统功耗，减小电路板空间，并降低系统成本。
在dsp性能方面，刷新了业界的tflop/w基准。下一代精度可调dsp模块增强技术实现了5 tflop（每秒5万亿次浮点运算）的单精度ieee 754标准浮点运算性能。在此性能水平上，altera 20nm器件的每瓦tflop要比当前的高5倍。结合了最具效能的opencl c设计流程、arm硬核处理器子系统以及最高的tflop/w的硅片效率，altera的20nm器件提供了终极异质混合计算平台。
软硬兼顾实现硅片融合
“虽然fpga演进不断加快，但当前，业界普遍面临的挑战是：系统性能不断提高，而功耗要保持原有水平或者比原来更低。同时又面临着两难的问题：灵活性和效率的问题。”misha burich博士进一步指出。
altera下一代器件采用tsmc的20nm工艺技术和业界最高的系统集成度，并包括arm处理器子系统。20nm片上系统（soc）fpga为客户提供了从28nm到20nm的软件移植途径，同时将处理器子系统的性能提高了50%。
“除了注重硬件的提升，我们也非常关注软件，在软件上也将实现融合。我们会不断投放资源开发软件开发环境。altera目前的研究团队在关注基于c的设计工具（opencltm）这样一个更高层次的语言，从而实现一些复杂的运算。”misha burich博士说道。
20nm系统的开发通过全功能高级设计环境得以实现，这一设计环境包括系统集成工具（qsys）、基于c的设计工具（opencltm）以及dsp开发软件（dsp builder）。altera将持续关注通过增强其开发工具以在20nm上进一步缩短编译时间，来提高设计人员的效能。
misha burich博士进一步指出：“这些都是内部开发的流程和关注点，更重要的是如何将这些技术转移到客户那里，使客户能够更有效地使用，这是一项非常重要的内容。在全球每一个重要的市场，我们都有一个非常大的团队进行这样的工作，从而给客户提供技术创新和应用。”
altera目前正在与客户沟通20nm产品，并与客户共同讨论产品的发展路线。misha burich提道：“不久我们会发布相关的20nm产品。”
当前altera最大的资源投入是如何将20nm技术实现到产品上来。另外，其开发团队也在关注14nm的工艺节点。在收发器上面，altera也正在关注如何在光连接上实现50gbps的速率，还有如何在2.5d和3d垂直集成上更有效地更好地发展。在功耗上，关注如何在越来越复杂的应用环境上将功耗保持在低水平。
“在摩尔定律下，每一代产品的功能性和密度都会翻倍地增长，我们会沿着这个发展路径演进，从而实现更多地集成，把周围的处理器、存储器都融合到一个芯片上面，实现硅片融合。我们可以看到，硅片融合的时代正在来临。”misha burich博士十分肯定地说道。
更高层次集成是方向
altera 2.5d技术最重要的集成方向，就是把异构的器件集成到fpga上，即“fpga+存储器”。misha burich博士进一步讲道：“我们根据收集的客户信息发现，客户的兴趣就是想把存储器集成在一起。我们现在的构思是准备将dram等存储器集成起来。另一个客户感兴趣的应用方向是在服务器上面，客户希望把第三方的处理器集成到fpga上，比如x86处理器等，目前市场上有这样的需求。所以，我们会根据客户的需求实现相应的技术。”
他说：“在用户的应用开发环境上，我们的构思是将来会与现在差不多，今后客户能利用的资源更多也更容易，我们会尽力把流程越来越简化，让用户更易操作。”
从目前来看，下一代通信、网络、广播和计算应用在扩展带宽、提高性能以及降低功耗方面面临越来越大的需求。具体来讲，在高速、高功能的网络需求上，路由器对速度、功能要求非常高，无线基架也需要大量的数据，对低功耗要求也非常高，以及高速运算的计算机等，这些应用最先需要高新技术。随后，在广播方面，高功能的摄像设备也会用到。广播上面主要是对存储器容量的要求越来越高，比如：高清和更高清等功能。在计算机领域，比如：医疗设备的清晰度和精度计算、石油/天然气开发等，也需要“处理器+fpga”的架构。
硅片融合推动下一代器件的发展，使微处理器dsp、fpga、assp和asic集成到一个器件中的关键点上。
misha burich强调，这些都是altera一直关注的地方，他们正在把产品朝这个方向上提升，力争推出更好的产品，使越来越多的功能在fpga上实现。
“筑梦未来，AI爱在起跑线”商汤助推国内AI教育
电浮筒游液位计校准工作如何做
华为鸿蒙系统官网报名 鸿蒙系统报名流程介绍
视觉检测设备的组成结构，它的核心部分是什么
一路走来 | 上缆藤仓4m成缆机改造之施工
Altera：20nm技术延续硅片融合承诺
提供基于MikroSDK 2.0的GSDK扩展支持以简化第三方硬件集成设计
7 FPGA大数据互联及视频系统开发板
钢丝绳漏磁法检测方法
NFC生态环境渐成熟 行业壁垒成障碍
如何对老式音箱进行改造
华为伙伴暨开发者大会2022前瞻：昇腾AI、欧拉等系列即将重磅发布
可编程网关可实现哪些数据之间相互转换
苏州理工雷科传感技术有限公司完成了数千万元的A轮融资
中国移动物联网卡采用GPS+北斗+LBS+WIFI+G-Sensor+AGPS六重定位模式？
iPhone7基带芯片美版或用英特尔 中国版用高通
能与华为荣耀8比美的魅蓝X，清仓降5百多，为新旗舰魅族Pro7造势
手机的NFC功能除了刷公交车到底还有那些功能
PCB各种表面处理的优缺点分析
达芬奇开拓手术机器人市场，并且几乎垄断
克服五大挑战
谈到技术挑战，altera公司首席技术官misha burich博士说道：“从工艺技术来讲，每一个节点都会存在一些挑战。”20nm与28nm相比，他指出主要存在以下几个方面的挑战：
一是在早期电路模拟上。在设计初期，需要遵循一些设计规则，而且要非常了解晶体管的特性，根据不同电压和电流的特性，进行早期电路上的模拟。在20nm工艺节点上，需要更多的工艺步骤。
fpga如今可集成非常多的功能，如i/o、收发器、dsp、存储器等，对整个系统的集成能力要求非常高，每一种线路的特性也都不一样，所以在早期需要大量的模型把线路模拟出来。
二是功耗方面的挑战。把诸多器件集成在一起，将功耗保持在低水平上是非常大的挑战。现在，20nm最大的芯片上有60亿个晶体管，28nm时只有40亿～50亿个晶体管。altera的20nm技术在功耗管理方面实现了创新，包括自适应电压调整、可编程功耗技术以及工艺技术优化等，使得altera器件功耗比前一代降低了60%。
三是架构设计上的挑战。对于创新功能，在整个架构设计中需要非常小心的处理。20nm里有一些新挑战，比如精度可调方面的dsp浮点运算器、收发器、3d技术等等。
四是来自可靠性方面的挑战。altera服务的客户群是长期的，可能长达10年或20年。这样在产品的可靠性上就是一个比较大的挑战，需要详细调试在不同应用环境下的不同电压和不同温度。
五是项目管理上的挑战。团队规模的要求非常高，altera在攻克20nm工艺上的团队有800多位工程师，他们来自不同的背景，有工艺技术方面的专家、ic设计工程师、架构工程师和eda软件工程师等，将一个大的团队有效地无缝衔接，同时是在研发时间上也比较紧的情况下，这是非常大的挑战。
实现三大突破
在克服了五大挑战之后，altera的20nm技术上还实现了三大突破，分别是：串行带宽提高了2倍以上，系统集成度提高了10倍，dsp性能提高了5倍。
misha burich博士指出，在提高串行带宽方面，altera 20nm收发器将实现业界最大串行带宽，支持向100g背板和400g系统的发展。20nm器件包括驱动cei-25g-lr和以太网4×25g背板的28gbps收发器，面向芯片至芯片或者芯片至光模块连接而设计的40gbps收发器。
在系统集成方面，altera将引入创新的高速芯片至芯片接口，在一个3d封装中集成多个管芯。misha burich博士说道：“目前真正意义上是2.5d，3d是altera一个长远的部署，我们将分而治之。”
借助fpga、hardcopy asic或者第三方asic的集成，altera能够提供10倍于任何28nm产品系统集成度的单器件解决方案。altera的异质混合3d ic将采用tsmc的芯片-晶圆-基底（cowos）集成工艺进行制造。利用这些器件，开发人员可大幅度提高系统集成度和系统性能以突出产品优势，同时还可以降低系统功耗，减小电路板空间，并降低系统成本。
在dsp性能方面，刷新了业界的tflop/w基准。下一代精度可调dsp模块增强技术实现了5 tflop（每秒5万亿次浮点运算）的单精度ieee 754标准浮点运算性能。在此性能水平上，altera 20nm器件的每瓦tflop要比当前的高5倍。结合了最具效能的opencl c设计流程、arm硬核处理器子系统以及最高的tflop/w的硅片效率，altera的20nm器件提供了终极异质混合计算平台。
软硬兼顾实现硅片融合
“虽然fpga演进不断加快，但当前，业界普遍面临的挑战是：系统性能不断提高，而功耗要保持原有水平或者比原来更低。同时又面临着两难的问题：灵活性和效率的问题。”misha burich博士进一步指出。
altera下一代器件采用tsmc的20nm工艺技术和业界最高的系统集成度，并包括arm处理器子系统。20nm片上系统（soc）fpga为客户提供了从28nm到20nm的软件移植途径，同时将处理器子系统的性能提高了50%。
“除了注重硬件的提升，我们也非常关注软件，在软件上也将实现融合。我们会不断投放资源开发软件开发环境。altera目前的研究团队在关注基于c的设计工具（opencltm）这样一个更高层次的语言，从而实现一些复杂的运算。”misha burich博士说道。
20nm系统的开发通过全功能高级设计环境得以实现，这一设计环境包括系统集成工具（qsys）、基于c的设计工具（opencltm）以及dsp开发软件（dsp builder）。altera将持续关注通过增强其开发工具以在20nm上进一步缩短编译时间，来提高设计人员的效能。
misha burich博士进一步指出：“这些都是内部开发的流程和关注点，更重要的是如何将这些技术转移到客户那里，使客户能够更有效地使用，这是一项非常重要的内容。在全球每一个重要的市场，我们都有一个非常大的团队进行这样的工作，从而给客户提供技术创新和应用。”
altera目前正在与客户沟通20nm产品，并与客户共同讨论产品的发展路线。misha burich提道：“不久我们会发布相关的20nm产品。”
当前altera最大的资源投入是如何将20nm技术实现到产品上来。另外，其开发团队也在关注14nm的工艺节点。在收发器上面，altera也正在关注如何在光连接上实现50gbps的速率，还有如何在2.5d和3d垂直集成上更有效地更好地发展。在功耗上，关注如何在越来越复杂的应用环境上将功耗保持在低水平。
“在摩尔定律下，每一代产品的功能性和密度都会翻倍地增长，我们会沿着这个发展路径演进，从而实现更多地集成，把周围的处理器、存储器都融合到一个芯片上面，实现硅片融合。我们可以看到，硅片融合的时代正在来临。”misha burich博士十分肯定地说道。
更高层次集成是方向
altera 2.5d技术最重要的集成方向，就是把异构的器件集成到fpga上，即“fpga+存储器”。misha burich博士进一步讲道：“我们根据收集的客户信息发现，客户的兴趣就是想把存储器集成在一起。我们现在的构思是准备将dram等存储器集成起来。另一个客户感兴趣的应用方向是在服务器上面，客户希望把第三方的处理器集成到fpga上，比如x86处理器等，目前市场上有这样的需求。所以，我们会根据客户的需求实现相应的技术。”
他说：“在用户的应用开发环境上，我们的构思是将来会与现在差不多，今后客户能利用的资源更多也更容易，我们会尽力把流程越来越简化，让用户更易操作。”
从目前来看，下一代通信、网络、广播和计算应用在扩展带宽、提高性能以及降低功耗方面面临越来越大的需求。具体来讲，在高速、高功能的网络需求上，路由器对速度、功能要求非常高，无线基架也需要大量的数据，对低功耗要求也非常高，以及高速运算的计算机等，这些应用最先需要高新技术。随后，在广播方面，高功能的摄像设备也会用到。广播上面主要是对存储器容量的要求越来越高，比如：高清和更高清等功能。在计算机领域，比如：医疗设备的清晰度和精度计算、石油/天然气开发等，也需要“处理器+fpga”的架构。
硅片融合推动下一代器件的发展，使微处理器dsp、fpga、assp和asic集成到一个器件中的关键点上。
misha burich强调，这些都是altera一直关注的地方，他们正在把产品朝这个方向上提升，力争推出更好的产品，使越来越多的功能在fpga上实现。
“筑梦未来，AI爱在起跑线”商汤助推国内AI教育
电浮筒游液位计校准工作如何做
华为鸿蒙系统官网报名 鸿蒙系统报名流程介绍
视觉检测设备的组成结构，它的核心部分是什么
一路走来 | 上缆藤仓4m成缆机改造之施工
Altera：20nm技术延续硅片融合承诺
提供基于MikroSDK 2.0的GSDK扩展支持以简化第三方硬件集成设计
7 FPGA大数据互联及视频系统开发板
钢丝绳漏磁法检测方法
NFC生态环境渐成熟 行业壁垒成障碍
如何对老式音箱进行改造
华为伙伴暨开发者大会2022前瞻：昇腾AI、欧拉等系列即将重磅发布
可编程网关可实现哪些数据之间相互转换
苏州理工雷科传感技术有限公司完成了数千万元的A轮融资
中国移动物联网卡采用GPS+北斗+LBS+WIFI+G-Sensor+AGPS六重定位模式？
iPhone7基带芯片美版或用英特尔 中国版用高通
能与华为荣耀8比美的魅蓝X，清仓降5百多，为新旗舰魅族Pro7造势
手机的NFC功能除了刷公交车到底还有那些功能
PCB各种表面处理的优缺点分析
达芬奇开拓手术机器人市场，并且几乎垄断