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一样的TSMC,不一样的3D技术-----Altera踏上3D融合之路

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9月20日, Altera公司资深副总裁兼首席技术官博思卓(Misha Burich)博士继今年五月后又一次来到中国,公开了Altera在下一代20 nm产品中规划的几项关键创新技术:40-Gbps芯片至芯片及28-Gbps背板收发器;具有混合系统架构接口的3D异构IC;下一代精度可调DSP模块,Altera将在不突破客户对功耗瓶颈的需求下尽可能提高产品性能。

Misha博士形象地讲解Altera的3D技术
 
40-Gbps芯片至芯片及28-Gbps背板收发器
 
芯片到芯片互联的能力,相对于背板光互联的应用,差不多相差一代。在收发器领域,Altera一直占据优势。
 
在28nm FPGA中,Altera收发器技术主要遵循CEI-10G标准, FPGA提供的背板速度和芯片到芯片互联的速度是28Gbps,存储器支持DDR3。Misha博士博士告诉笔者:在20nm FPGA ,Altera将遵循CEI-25G背板规范,采用自适应、预加重等专门的电路做补偿,扩展背板收发器能力到28-Gbps;芯片到芯片、芯片到光模块将遵循CEI-40G、CEI-56G规范,互联能力会提高到40Gbps;还会提供DDR4,以及HMC混合立体存储器接口的规范。

而且,在20nm产品中,收发器会与FPGA的主体部分单片集成,以可以提供更好的信号完整性,如抖动和串扰,并简化系统设计。
 
下一代精度可调DSP体系结构
 
Altera的可变精度DSP模块,提高了性能,支持IEEE754浮点运算的标准。相对于目前的28-nm器件,DSP性能提高到5倍,达到5T的浮点运算能力,相当于1G赫兹的能力。浮点处理能力主要应用在无线系统、雷达、广播等领域。

具有混合系统架构接口的3D异构IC

这是笔者最关心的一个创新点。因为他们的老对手Xilinx在28nm高端FPGA中已经采用了2.5D技术。

Xilinx把四个FPGA Slice并排在一起,提高FPGA的密度。

Altera在20nm产品中可将FPGA、光模块、HardCopy ASIC、第三方ASIC、存储器和光模块的不同硅片放在同一硅衬底上,实现多种功能的组合。客户可根据需要定制。

3D技术的应力和散热问题,半导体行业还没有真正的解决办法。很明显,两家都是采用业内所称的2.5D技术,但策略完全不同。

Altera为什么采用如此策略?Misha博士用英特尔研究机构发表的一张图做了详细说明。
 
 
在横坐标X轴上表示不同的处理模块,如微处理器、DSP模块等;纵坐标是功效衡量, 每毫瓦的处理能力。如上图所示,微处理器的灵活性是最高的,但功耗也是最高的, 每毫瓦的处理能力相比最低;DSP的功效比微处理器效率更高,但灵活性差一些;而对于硬的IP,或者硬件模块,其每毫瓦的处理能力是最高的。Misha博士说:“对于一些特别的应用,如H.264非常适合于硬件实现,可以达到很高的效率。”
 
Altera的下一代混合系统架构器件结合了微处理器、DSP、FPGA、ASSP和ASIC等半导体器件,系统集成度提高了10倍,降低了系统功耗,减小了电路板面积,降低了系统成本。

其实,硅片融合技术,Altera已经延用了很多年。在130nm工艺时,Altera嵌入了内嵌的内存以及DSP模块;在2004年,90nm FPGA嵌入了硬的收发器,速度是3Gbps;在2006年,65nm FPGA嵌入了硬的内存控制器和硬的电源控制模块;在2008年,40nm FPGA嵌入与协议相关的硬IP,如硬的PCIe;在28nm FPGA嵌入了硬的处理器,同时有可变精度的DSP模块。
 
 
Misha博士透露:在28nm高端FPGA中, FPGA内核只占硅片面积的40%,60%的硅片面积主要用于DSP模块、存储器、收发器等硬的功能模块。在20nm FPGA中,Altera将延续这种的技术,实现混合系统架构的IC。
 
对于Xilinx采用的2.5D技术,Misha博士也做了评价。将4个小的FPGA Slice放到同一个硅衬底上,得到更大密度的FPGA,目的是为了提高产品的良率。首先生产小的die,做测试,选择好的合在一起,通过这种方式可以把良率做小的提升。
 
但Misha博士认为这种方式在可生产性方面、成本方面是一个很大的挑战。一块FPGA卖上万美金,这不是量产可承受的价格。
 
对于如何提高产品的良率,Altera早在八年前就使用了设计冗余技术,冗余单元大概占硅片的5%。Altera在FPGA硅片中,会构建额外的逻辑,如DSP和内存,当在线上检测到部分逻辑,如DSP或Memory失效后,会用激光把失效的这部分隔开,可以极大地提高芯片的良率。这对大密度的芯片特别有效。
 
Misha博士对Altera提供的HardCopy ASIC技术十分自豪,他认为HardCopy ASIC可以让客户降低成本。客户可以先以FPGA发货,测试市场;最终把FPGA设计固化,用HardCopy ASIC发货,这样可以做到成本最低。

Misha博士说:“Altera未来提供FPGA+HardCopy ASIC,既可以提供低的成本,同时还可以保持灵活性,这是做3D堆叠的最大好处。”
 
Misha博士最后对合作多年的TSMC表示感谢,认为TSMC的20nm工艺创新是Altera创新的基础。在Altera下一代产品中,收发器创新可以提高两倍的带宽;,新一代的浮点可变精度的DSP模块,可以提供5倍的数字信号处理能力;3D封装技术,可以提供10倍的系统集成能力,并且使整体功耗降低60%。
 
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    一颗芯片价值20K美金,在哪些产品上会采用这样昂贵的芯片呀?

    估计是需要做100G-400G网络的那些公司了吧! 

  2. 回复:回复

    一颗芯片价值20K美金,在哪些产品上会采用这样昂贵的芯片呀?

    估计是需要做100G-400G网络的那些公司了吧! 

  3. 回复:回复

    据了解,赛灵思28nm 3D封装的FPGA一片20K美金,好像预定的人还很多。

    市场前2.5%的人是我们的革新者,他们会在IPhone发布前排队6小时去购买。要成功,需要15%~18%的市场接受度。

  4. 一颗芯片价值20K美金,在哪些产品上会采用这样昂贵的芯片呀?

  5. 一块片子20K美金,相当于10+万人民币,好家伙

  6. 据了解,赛灵思28nm 3D封装的FPGA一片20K美金,好像预定的人还很多。