云端應(yīng)用對高頻寬網(wǎng)路的需求日益殷切，為協(xié)助網(wǎng)路基礎(chǔ)建設(shè)及資料中心相關(guān)設(shè)備制造商，克服耗電量、傳輸率、訊號(hào)完整性與可靠性等設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，FPGA業(yè)者已推出新一代28奈米解決方案，加速云端運(yùn)算應(yīng)用與服務(wù)的創(chuàng)新。
現(xiàn)場可編程閘陣列(FPGA)將成為云端運(yùn)算(Cloud Computing)應(yīng)用成形的重要功臣，尤其在28奈米先進(jìn)制程的支援下，不僅處理效能大幅精進(jìn)，就連收發(fā)器(Transceiver)、輸入/輸出(I/O)與數(shù)位訊號(hào)處理(DSP)能力也顯著提升，對亟需更高頻寬與運(yùn)算速度的通訊、廣播、儲(chǔ)存與資料中心等設(shè)備開發(fā)商而言，無疑是一大福音。

Linley Group資深分析師Joseph Byrne表示，全球網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定(IP)流量將從現(xiàn)今每月約15EB(Exabytes)劇增至每月64EB，因而需要具備以優(yōu)異訊號(hào)完整性和低功耗效率驅(qū)動(dòng)高速訊號(hào)的高頻寬系統(tǒng)單晶片(SoC)方案，來完成光纖和其他既有基礎(chǔ)建設(shè)的部署。而隨著通訊傳輸介面速度從10Gbit/s增加到100Gbit/s，對于晶片至光纖(Chip-to-optics)、晶片至背板(Chip-to-backplane)和晶片至晶片介面要求也更為嚴(yán)苛，也因此，F(xiàn)PGA業(yè)者已專注于協(xié)調(diào)在功耗、效能、光學(xué)訊號(hào)抖動(dòng)等方面的限制和彼此間整合，以利用28奈米FPGA來提供28Gbit/s收發(fā)器。

圖1 Altera亞太區(qū)資深市場經(jīng)理羅嘉鷥表示，該公司多樣規(guī)格的28奈米FPGA系列產(chǎn)品，可滿足各種應(yīng)用等級(jí)的設(shè)計(jì)需求。
事實(shí)上，包括賽靈思(Xilinx)與Altera等FPGA供應(yīng)商，在新推出的28奈米FPGA中，已特別針對高頻寬需求的應(yīng)用提出創(chuàng)新設(shè)計(jì)，不論是核心架構(gòu)或矽智財(cái)(IP)支援，均以滿足下世代通訊需求為目標(biāo)。

Altera亞太區(qū)資深市場經(jīng)理羅嘉鷥(圖1)表示，產(chǎn)業(yè)界對頻寬的需求正急遽增長，為基礎(chǔ)設(shè)備與終端設(shè)備開發(fā)商帶來極大的挑戰(zhàn)，如何在有限的功率預(yù)算與成本下，快速增加系統(tǒng)頻寬，已是相關(guān)業(yè)者面臨的最大課題，而28奈米FPGA創(chuàng)新方案的問市，即是最佳的解決之道。

為因應(yīng)各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域不同的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，繼28奈米Stratix V FPGA與HardCopy V特定應(yīng)用積體電路(ASIC)后，Altera日前再發(fā)布新的Cyclone V與Arria V 28奈米FPGA系列方案，以多樣化的產(chǎn)品線滿足各種效能、功耗與成本的開發(fā)需求。

羅嘉鷥指出，在Cyclone V與Arria V FPGA到位后，Altera 28奈米FPGA產(chǎn)品組合(圖2)，將比先前其他制程節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品世代，擁有更多的方案，可涵蓋最高頻寬到最低功率消耗廣泛應(yīng)用所需的范圍，并透過在收發(fā)器、產(chǎn)品架構(gòu)、矽智財(cái)(IP)與制程技術(shù)等要素的區(qū)隔，為客戶提供量身訂做的最佳方案。

圖2 資料來源：Altera
Altera 28奈米FPGA產(chǎn)品組合

彈性變化規(guī)格因應(yīng)各式應(yīng)用

就制程技術(shù)而言，主要區(qū)分為臺(tái)積電28奈米低功耗制程和28奈米高效能制程，前者系用于對耗電量及成本要求較高的產(chǎn)品，如低成本的Cyclone V與中階的Arria V，以獲得最低的絕對功耗；而后者則用來制造高效能的方案，如高階的Stratix V與HardCopy V，以便提供高階應(yīng)用所需的核心與收發(fā)器效能。

產(chǎn)品架構(gòu)上，則透過優(yōu)化記憶體與I/O，來提升存取效能與效率。羅嘉鷥強(qiáng)調(diào)，Altera在28奈米系列方案中整合不同架構(gòu)的記憶體、外部記憶體控制器、I/O和硬式IP區(qū)塊，藉此達(dá)到各個(gè)元件目標(biāo)應(yīng)用所要求的效能、功耗和成本。如Cyclone V和Arria V元件中內(nèi)建的是M10K記憶體區(qū)塊，可擁有較高緩沖區(qū)效能；而Stratix V則內(nèi)建M20K記憶體區(qū)塊，以達(dá)到高資料傳輸效能且每個(gè)矽晶片面積可有更多位元空間。

至于在28奈米FPGA的收發(fā)器配置，Altera更是挖空心思，除將28奈米收發(fā)器模組化，并區(qū)分成5Gbit/s、10Gbit/s和28Gbit/s等三種等級(jí)外，每個(gè)等級(jí)收發(fā)器還擁有不同功耗與可支援的通訊協(xié)定，如5Gbit/s收發(fā)器功耗為88毫瓦，可支援十五個(gè)以上的通訊協(xié)定；而28Gbit/s收發(fā)器，功耗為200毫瓦，可支援超過五十種通訊協(xié)定。這種區(qū)分方式也可讓Altera在特定產(chǎn)品系列中整合如背板支援或預(yù)加重(Pre-emphasis)和等化等特定功能。

此外，針對不同應(yīng)用需求量身訂做系統(tǒng)矽智財(cái)，也是Altera在28奈米FPGA設(shè)計(jì)上的另一巧思。目前Altera在高效能Stratix V FPGA可提供Interlaken 40G/100G、100Gigbit乙太網(wǎng)路(Ethernet)，以及PCIe Gen3×8的硬式矽智財(cái)；而中階Arria V與低成本Cyclone V，則同樣有三倍數(shù)乙太網(wǎng)路(Triple Speed Ethernet)、硬式記憶體控制器及PCIe Gen2的硬式矽智財(cái)。

羅嘉鷥透露，未來Altera將持續(xù)提供更多矽智財(cái)支援。日前該公司購并光纖傳輸網(wǎng)路(OTN)矽智財(cái)公司Avalon，即是強(qiáng)化矽智財(cái)發(fā)展的重要布局。

為能支援占消費(fèi)者用戶網(wǎng)路流量90%以上的視訊資料，以及日益豐富的云端應(yīng)用和服務(wù)，當(dāng)前的通訊網(wǎng)路頻寬需求呈指數(shù)式成長，網(wǎng)路服務(wù)供應(yīng)商需要設(shè)備來為像100G與400G等下一代標(biāo)準(zhǔn)，提供具彈性的設(shè)備與無縫升級(jí)能力。藉由此次購并，Altera將可延伸OTN應(yīng)用中的客制化矽智財(cái)解決方案產(chǎn)品系列，以支援1.2G、2.5G與10G，以及40G與100G的資料傳輸率。

另一方面，賽靈思也已推出具備28Gbit/s序列收發(fā)器效能的Virtex-7 HT FPGA，滿足新一代100G～400Gbit/s應(yīng)用的需求。此款28奈米FPGA可協(xié)助通訊設(shè)備廠商，開發(fā)各種整合式、高頻寬效率的系統(tǒng)，以因應(yīng)全球有線基礎(chǔ)建設(shè)與資料中心市場，對于更高頻寬的需求。

Virtex-7 HT元件結(jié)合四至十六個(gè)符合OIF CEI-28G規(guī)格的28Gbit/s收發(fā)器，此為光互連論壇針對28Gbit/s所推出的通用電子I/O規(guī)格，因此能連結(jié)新一代的CFP2與QSFP2光學(xué)模組，可用于新一代的100G～400Gbit/s系統(tǒng)線路卡。