Si immagini, per un attimo, di dover progettare una nuova linea di automobili. Il mercato richiederà differenti caratteristiche: mentre per tutti i modelli costo e consumi sono parametri critici, lo spazio a disposizione può essere importante nel caso dei modelli familiari mentre prestazioni e allestimenti di prestigio sono fattori di scelta per i modelli al top della gamma. Con un ventaglio così ampio di requisiti da soddisfare, anche se vi possono essere componenti comuni, l'utilizzo del medesimo chassis e dello stesso motore per l'intera gamma di modelli porta a compromessi sicuramente inaccettabili. Nel caso degli Fpga, la situazione è del tutto analoga. Poiché questi componenti sono utilizzati nelle applicazioni più disparate, i requisiti relativa a una famiglia di Fpga low-cost non sono necessariamente identici a quelli di una serie di prodotti di medie e alte prestazioni. Giunti al nodo tecnologico dei 28 nm, appare giustificato l'uso di differenti “chassis” ed “engine” e, laddove possibile, l'adozione di componenti comuni. Sensibile agli stimoli provenienti dal mercato, Altera ha ampliato il proprio portafoglio di prodotti in tecnologia da 28 nm per soddisfare le richieste del mercato concentrando la propria attenzione su quattro aree principali in modo da garantire che ciascuna famiglia di prodotti sia in grado di soddisfare i requisiti chiave dei rispettivi mercati di riferimento. Le quattro aree sono:
1 - tecnologia di processo
2 - architettura del prodotto
3 - architettura del transceiver
4 - soluzioni a livello di sistema
In questo modo Altera è in grado di fornire dispositivi con le caratteristiche richieste, in termini di risorse, consumi e prestazioni, per soddisfare le specifiche richieste sia degli utenti sia delle applicazioni.
Due tecnologie di processo
Per i dispositivi a 28 nm Altera utilizza due tecnologie di processo. Per la famiglia di Fpga a elevate prestazioni Stratix V la società adotta il processo High-K Metal Gate, High performance (HPA) sviluppato “ad hoc” da Tsmc. Questo processo garantisce prestazioni elevate, assicurando una velocità superiore del 35% rispetto a quella degli altri processi di Tsmc a fronte di una dissipazione di potenza statica inferiore a quella dei dispositivi con geometrie da 40 nm grazie all'architettura a gate metallico ad elevato K (High-K Metal Gate). Un tale incremento di prestazioni viene sfruttato da Altera in modo differente: ad esempio la logica del core è stata ottimizzato in modo da assicura una Fmax confrontabile con quella dei precedenti dispositivi della linea Stratix a fronte di una riduzione del 30% dei consumi. I transceiver e i blocchi IP del protocollo implementati in modalità hard sfruttano le potenzialità di questo processo per rendere disponibili transceiver operanti a 28 Gbps e assicurare il supporto di protocolli capaci di garantire notevoli miglioramenti in termini di throughput e semplicità d'uso. Le serie di dispositivi Cyclone V a basso costo e Arria V di fascia media utilizzano invece il processo da 28 nm a basso consumo, adottato solitamente per i chipset dei telefoni mobili a basso consumo. Ciò garantisce un mix ottimale tra prestazioni, costi e consumi. In questo modo è possibile ridurre fino al 50% i consumi rispetto agli Fpga da 40 nm.
Architetture differenziate
L'architettura dei prodotti di questa nuova generazione di Fpga è stata adattata per soddisfare differenti requisiti di progetto. Gli Fpga ad alte prestazioni, ad esempio, dispongono di blocchi di memoria M20K richiesti nelle applicazioni ad estesa ampiezza di banda (tra cui il broadcast di segnali video o l'elaborazione dei pacchetti), mentre le serie di fascia medio-bassa utilizzano blocchi di memoria M10K di dimensioni inferiori. I blocchi di memoria più piccoli dispongono di un numero maggiore di porte, in modo da garantire un utilizzo più efficienti della memoria in applicazioni quali i filtri Fir utilizzati nei sistemi wireless e nelle applicazioni video consumer. Tutte queste famiglie di dispositivi supportano un blocco Dsp di dimensioni variabili, ottimizzato anche in questo caso per le applicazioni di riferimento di ciascuna serie. I blocchi di I/O di ogni famiglia sono stati adattati in modo da supportare i requisiti di specifiche applicazioni. L'implementazione di caratteristiche di I/O particolarmente complesse negli Fpga si traduce in una maggiore occupazione di area sul silicio, che a sua volta comporta un aumento di costi e di dissipazione di potenza. Se I/O caratterizzati da elevate velocità di trasferimento dati verso memorie e porte Lvds sono necessari in alcune applicazioni (ad esempio radar o sistemi 100-G), in altri impieghi di fascia media comportano costi aggiuntivi non necessari. Di conseguenza gli I/O in grado di garantire prestazioni elevate sono implementati negli Fpga di fascia alta per supportare in maniera adeguata le applicazioni di riferimento. Una strategia di questo tipo assicura la massima flessibilità in termini di I/O: Altera ad esempio permette di supportare la modalità scelta su ciascun pin, garantendo nel contempo la gestione degli I/O a 3,3V.
Architettura dei transceiver
All'interno degli Fpga, i transceiver sono divenuti un blocco base fondamentale. Grazie a un'esperienza decennale Altera è in grado realizzare transceiver capaci di assicurare un supporto ottimale per ciascuna famiglia. Nel caso degli Fpga a elevate prestazioni, i transceiver sono realizzati in modo da poter operare a una velocità massima di 28 Gbps e supportare un gran numero di protocolli ad alte prestazioni quali Ethernet 10/40/100 Gbps e Interlaken. Tutto ciò a fronte di consumi inferiori a 200mW. Gli Fpga di fascia media e low-cost non richiedono queste prestazioni per cui i loro transceiver sono stati realizzati per operare a velocità fino a 10 Gbps (Arria V) e 5 Gbps (Cyclone V) e assicurare il supporto di protocolli destinati ad applicazioni all'interno di questa fascia. In questo modo è possibile ridurre ulteriormente costi e consumi: in situazioni come queste un transceiver operante a 6 Gsps dissipa una potenza inferiore a 90 mW.
IP di sistema per una maggiore differenziazione
Per tutti i membri delle diverse famiglie di Fpga Altera ha deciso di utilizzare blocchi IP implementati in hardware (hardened). Nel caso delle serie di prodotti ad alte prestazioni la società utilizza i blocchi Embedded HardCopy per implementare in hardware i protocolli a elevate prestazioni come ad esempio Pci Express Gen1, 2 e 3, Interlaken, 40G/100G Ethernet e numerosi standard ottici. Grazie a questi blocchi Ehb è possibile il supporto di protocolli custom, in quanto all'utente viene data la possibilità di realizzare in hardware i componenti critici del circuito. Nel caso delle serie di fascia media e a basso costo, Pci Express è ancora implementato in hardware (limitatamente a Gen1 e Gen2) in quanto si tratta di un elemento critico per un gran numero di applicazioni. Le famiglie di Fpga di fascia media e low-cost si distinguono invece per la presenza di controllori di memoria hard. Nel caso di sistemi dove il costo rappresenta un elemento critico, la pressione sui prezzi è ovviamente molto elevata e le esigenze in termini di memoria sono molto spinte. A questo punto appare logico ricorrere a un controller hard e mettere a disposizione funzionalità che permettono di ottimizzare l'ampiezza di banda e la flessibilità, come ad esempio il supporto multiporta. L'insieme di queste caratteristiche consente di ottenere ampiezze di banda maggiori indipendentemente dalle prestazioni dei pin di I/O.
Sviluppo veloce ed economico
Altera può dunque mettere a disposizione il più ampio portafoglio di famiglie di Fpga in tecnologia da 28 nm ottimizzate in funzione della specifica applicazione. La società è inoltre in grado di fornire soluzioni custom per lo sviluppo di prodotti “ad hoc” senza penalizzazione alcuna in termini di prestazioni, consumi e costi. Gli importanti investimenti effettuati dalla società nella progettazione di transceiver, nello sviluppo di blocchi IP a livello di sistema e in tool di progettazione che permettono di aumentare la produttività, oltre che nell'ottimizzazione dei processi produttivi si tradurranno per gli utenti in significativi vantaggi anche in futuro. Nel momento in cui le applicazioni divengono sempre più sofisticate e differenziate tra di loro, Altera si propone sempre più come un punto di riferimento in grado di soddisfare appieno le aspettative del mercato.
