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CPU廠商曾一直引領(lǐng)最新半導(dǎo)體技術(shù)的開發(fā)。現(xiàn)在似乎不一樣了。 近日，賽靈思（Xilinx）公司推出了業(yè)界容量最大的FPGA，它含有68 億個晶體管，200 萬個邏輯單元（相當(dāng)于 2,000 萬個 ASIC 門）。在一個視頻演示中，賽靈思公司在他們最新Virtex-7 2000T 器件中模擬了3600個處理器，每個處理器的工作頻率為100MHz，總運(yùn)算能力達(dá)到18萬MIPS。賽靈思公司產(chǎn)品市場營銷總監(jiān)Brent Przybus說，除了世界上少數(shù)的幾個超級計(jì)算機(jī)，沒有任何芯片能達(dá)到如此高的運(yùn)算能力，而且功耗不到20W。 
圖1：Virtex-7 2000T的性能相當(dāng)于2到4個最大容量的單片FPGA，但功耗卻大幅降低 為何2000T能達(dá)到如此高的性能呢？它其實(shí)不是一個普通的FPGA。單個的FPGA目前能達(dá)到的容量不到100萬邏輯單元。由于良率下降的原因，制造更大的FPGA晶片在經(jīng)濟(jì)上并不合算。賽靈思的方法是，把4個FPGA并起來使用。但簡單地在一個封裝內(nèi)容納4個FPGA的做法并沒有多大幫助：FPGA之間的互聯(lián)會嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能并加重功耗，據(jù)說這種做法比使用4個FPGA器件好不到哪兒去。賽靈思采用的是一種更先進(jìn)的技術(shù)，稱作“堆疊硅片互聯(lián)” (SSI)，或2.5D IC技術(shù)，這樣便可以在下一代線寬工藝出現(xiàn)之前實(shí)現(xiàn)器件的性能突破。
圖2：Virtex-7 2000T包含4個FPGA晶片曾和一個無源中間層 賽靈思的SSI技術(shù)簡單來說就是把4個28nm工藝的FPGA平行放置在另一層硅片上。這個稱作中間層的硅片是65nm工藝的無源（或被動）器件IC，它起到FPGA晶片的互聯(lián)作用，時延低且功耗小。賽靈思公司全球高級副總裁、亞太區(qū)執(zhí)行總裁湯立人先生說，目前業(yè)界通行的說法是，有源（或主動）IC層的堆疊稱作3D技術(shù)，有源層與無源層的堆疊稱作2.5D技術(shù)，所以賽靈思所采用的技術(shù)是2.5D。就目前的工藝來說，3D IC技術(shù)尚未成熟，主要的障礙在于有源層之間的應(yīng)力和散熱問題。
圖3：無源中間層起到互聯(lián)作用，時延低、功耗小 湯立人先生說，堆疊硅片的目的不是為了增加晶體管密度或減小芯片尺寸，而是為了提高芯片性能。目前賽靈思SSI技術(shù)是將4個同樣的FPGA并行放置，這個稱作同構(gòu)2.5D，下一步的計(jì)劃是將2.8Gbps的收發(fā)器做進(jìn)來，稱作異構(gòu)2.5D技術(shù)，如下圖所示。
圖4：賽靈思下一步的計(jì)劃是異構(gòu)2.5D技術(shù) Virtex-7 2000T的用途專門針對系統(tǒng)集成、ASIC 替代以及 ASIC 原型和模擬仿真。大容量FPGA在初期成本、開發(fā)時間、可擴(kuò)展性等方面具有無可比擬的優(yōu)勢。據(jù)說這款產(chǎn)品在賽靈思客戶中的反響十分強(qiáng)烈，超出了該公司的預(yù)期。 |
