Fpga, arriva la settima generazione

FPGA –

Xilinx ha presentato i dispositivi della serie 7 fabbricati con il nuovo processo a 28 nanometri, che si caratterizzano per i consumi ridotti e le prestazioni molto elevate. La gamma comprende tre diverse famiglie di prodotti, accomunate dalla medesima architettura.

“Oggi l'industria degli Fpga inizia realmente a mantenere le proprie promesse. Ora gli Fpga sono davvero in grado di competere ad armi pari con gli Asic e gli Assp”. È quanto ha sostenuto Giles Peckham, direttore marketing di Xilinx per l'area Emea, presentando i nuovi dispositivi della serie 7 fabbricati con il processo a 28 nanometri. Come preannunciato dalla società alcuni mesi fa, i prodotti della nuova generazione sono caratterizzati da una forte riduzione dei consumi, ottenuta anche tramite tecniche quali il clock gating, la riconfigurazione parziale, la possibilità di togliere l'alimentazione ai buffer di ingresso quando l'I/O è utilizzato come uscita ecc. L'adozione del nuovo processo a 28 nanometri e di questi accorgimenti ha consentito di ottenere un ampio margine di miglioramento rispetto ai dispositivi della precedente generazione, margine che Xilinx ha sfruttato per mettere a punto tre famiglie di prodotti caratterizzate da diverse combinazioni di prezzo, prestazioni e consumi. Vale la pena ricordare, inoltre, che a livello di sistema la disponibilità di dispositivi meno avidi di energia rende possibile utilizzare chip più grandi ed eseguire più funzioni in parallelo, accrescendo così le prestazioni senza aumentare né i consumi complessivi né la frequenza di clock.

Le tre famiglie
Le tre famiglie che compongono la serie 7, accomunate dalla medesima architettura, si chiamano Artix, Kintex e Virtex. Nei prodotti della nuova generazione scompare quindi il nome Spartan, mentre vengono introdotti due nomi nuovi. Stando ai dati diffusi da Xilinx, la famiglia Artix-7 è ottimizzata per la riduzione dei consumi e dei costi; rispetto ai dispositivi Spartan-6 offre un aumento di prestazioni del 30%, una riduzione di prezzo del 35%, il dimezzamento dei consumi e dell'area occupata. La famiglia Kintex-7 punta invece al miglior rapporto prezzo/prestazioni; fornisce performance analoghe ai dispositivi Virtex-6, ma con prezzo e consumi dimezzati. La famiglia Virtex-7, infine, sfrutta al massimo le possibilità offerte dal processo a 28 nanometri per quanto riguarda la “densità” dei dispositivi e le prestazioni a livello di sistema: offre infatti fino a due milioni di celle logiche, una banda seriale fino a 1,9 terabit al secondo e una capacità di elaborazione DSP che raggiunge 4,7 TMACS in modalità simmetrica. Anche per i componenti della serie 7 è disponibile l'opzione EasyPath, che consiste nel collaudare soltanto i blocchi del chip effettivamente utilizzati dal progetto implementato. In questo modo diviene possibile aumentare il rendimento effettivo del processo di fabbricazione e quindi diminuire i costi del 35%. Per quanto riguarda il sostegno offerto ai progettisti, la strategia delle “targeted design platform” di Xlinx è stata ovviamente estesa anche ai nuovi dispositivi della serie 7.

Architettura unificata
Come si è detto, le tre famiglie Artix, Kintex e Virtex condividono la stessa architettura. Si tratta di una novità significativa rispetto ai dispositivi della precedente generazione: com'è noto, infatti, i chip Spartan-6 e Virtex-6 sono basati su due architetture diverse. L'impiego di un'architettura unificata per i dispositivi della serie 7 ha lo scopo di facilitare il passaggio verso chip di capacità superiore e/o di realizzare progetti-base che siano facilmente declinabili in più versioni. Negli esempi forniti da Xilinx, questa nuova forma di flessibilità può servire per realizzare - a partire dallo stesso progetto - un piccolo ecografo portatile, uno di prestazioni intermedie e un modello per uso ospedaliero montato su carrello; oppure una femtocella LTE per uso aziendale, una stazione base LTE di capacità intermedia o una stazione di grande capacità.

Esempi applicativi
Per dimostrare che gli Fpga della serie 7 sono realmente in grado di competere ad armi pari con Asic ed Assp, Xilinx porta un esempio riguardante la realizzazione di un bridge programmabile 300G Interlaken rivolto all'infrastruttura delle reti di telecomunicazioni, un elemento normalmente realizzato tramite Asic a causa degli stringenti requisiti di connettività. La soluzione “tradizionale” basata su Asic richiede un chip da dieci milioni di gate, offre una banda I/O di 1,2 Tbps e consuma 30 watt; la nuova soluzione basata su Fpga (il chip Virtex-7 X690TFFG1934 da 689.920 celle logiche, equivalenti a circa 10,3 milioni di gate Asic) raggiunge 1,6 Tbps e consuma 30,4 watt. Le due opzioni, quindi, sono perfettamente allineate sul piano dei consumi. Per quanto riguarda invece la famiglia Artix, Xilinx cita un caso applicativo reale riguardante un produttore di fotocamere digitali reflex, del quale non è stato reso noto il nome. In questo caso l'Fpga è stato impiegato per rimpiazzare i nove diversi Assp precedentemente utilizzati per controllare i motori che muovono le lenti dell'obiettivo. Risultato: una significativa riduzione dei costi (meno 66%), dei consumi (meno 37%) e degli ingombri (meno 85%).

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