Programmierbare SoCs

16-nm-SoC-Technologie von Xilinx bringt mehr Leistung und technische Neuerungen

| Redakteur: Holger Heller

Giles Peckham, Xilinx: 16-nm-SoC-Angebot sorgt mit neuen Funktionen für einen Technologievorsprung
Giles Peckham, Xilinx: 16-nm-SoC-Angebot sorgt mit neuen Funktionen für einen Technologievorsprung (Bild: VBM-Archiv)

Mit den UltraScale+ FPGA-, SoC- und 3D-ICs von Xilinx kommt neuer Speicher, 3D-auf-3D und Multi-Processing in der LTE-Advanced-, der ersten drahtlosen 5G- und in der drahtgebundenen Terabit-Kommunikation sowie in ADAS und im IoT zum Einsatz.

Xilinx kündigt seine 16-nm-UltraScale+-Familie bestehend aus FPGAs, 3D-ICs und MPSoCs an, die neuartigen Speicher, 3D-auf-3D und Multi-Processing-SoCs (MPSoC) kombiniert. Um eine höhere Leistungs- und Integrationsstufe zu erreichen, enthält die Serie auch die neue Verbindungstechnik SmartConnect. Die Bausteine erweitern das UltraScale-Angebot von Xilinx, das jetzt 20-nm- und 16-nm-FPGAs, SoCs und 3D-ICs umfasst – und mit den 16FF+ FinFET-3D-Transistoren von TSMC einen Schub bezüglich Leistung/Watt erhält.

"Auf Systemebene bietet UltraScale+ einen Mehrwert, der weit über die traditionelle Migration des Prozessknotens hinaus geht – und erzielt im Vergleich zu 28-nm-Bausteinen eine doppelt bis fünffach höhere Leistung auf Systemebene pro Watt, eine höhere Systemintegration und -intelligenz sowie die höchste Stufe an Sicherheit," erklärte Giles Peckham, EMEA Marketing Manager bei Xilinx.

Das erweiterte UltraScale+ FPGA-Portfolio besteht aus den Kintex-UltraScale+ FPGA- und Virtex-UltraScale+ FPGA- und 3D-IC-Familien, während die Zynq-UltraScale+ Familie All-Programmable-MPSoCs enthält. Damit werden Anwendungen der nächsten Generation, wie LTE Advanced, erste drahtlose 5G- und drahtgebundene Terabit-Kommunikation, ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) und das industrielle Internet der Dinge adressiert.

Verbesserter Speicher für programmierbare Bausteine

UltraRAM eliminiert durch die Integration von SRAM-Technik einen der größten Engpässe, der die Leistung und den Leistungsbedarf von FPGA und SoC basierten Systemen beeinflusst. Diese neue Technik kann Speicher hoher Kapazität auf dem Chip bereitstellen – wie für das Zwischenspeichern großer Datenpakete und Videos – wodurch eine vorhersagbare Latenz und Leistung erzielt wird. Durch das Integrieren großen Embedded-Speichers sehr nahe an den entsprechenden Prozessoren können die Entwickler eine höhere Systemleistung/Watt erzielen und die Stücklistenkosten reduzieren. UltraRAM kann bis zu einer Kapazität von 432 MBit in unterschiedlichen Konfigurationen skaliert werden.

SmartConnect Technologie: SmartConnect ist eine Verbindungs-Optimierungstechnik für FPGAs. Sie bietet mit einer intelligenten systemweiten Verbindungsoptimierung eine zusätzliche Verbesserung von 20 bis 30% bezüglich Leistung, Flächenbedarf und Leistungsverbrauch. Während die UltraScale-Architektur den Engpass auf Siliziumebene durch neu konzipiertes Routing, Takten und geänderter Logic-Fabric beseitigt, fügt SmartConnect eine Optimierung der Verbindungstopologie hinzu, um den Design-spezifischen Durchsatz und die Latenz anzupassen und gleichzeitig den Logikbereich für die Verbindungen zu reduzieren.

3D-auf-3D-Technik: Das obere Leistungsende des UltraScale+ Angebots nutzt die kombinierte Leistung von 3D-Transistoren und der dritten Generation der 3D-ICs von Xilinx. So wie FinFETs eine mehr als lineare Verbesserung der Leistung/Watt gegenüber planaren Transistoren ermöglichen, erlauben 3D-ICs eine enorme Verbesserung der Systemintegration und Bandbreite/Watt im Vergleich zu monolithischen Bausteinen.

Heterogene Multi-Processing-Technik: Die Zynq-UltraScale+ MPSoCs beinhalten alle zuvor erwähnten FPGA-Technologien und bieten heterogenes Multi-Processing. Dabei werden die „richtigen Prozessoren für die jeweils entsprechenden Aufgaben“ eingesetzt, so Peckham. Die neuen Bausteine bieten laut Xilinx auf Systemebene ungefähr die fünffache Leistung pro Watt bezogen auf vorherige Alternativen. Im Zentrum des Prozessor-Subsystems befindet sich der 64-Bit ARM-Cortex-A53-Prozessor mit vier Kernen, der die Hardware-Virtualisierung und eine asymmetrische Datenverarbeitung ausführen kann sowie ARM-TrustZone voll unterstützt.

Das Prozessor-Subsystem enthält auch einen ARM-Cortex-R5-Echtzeitprozessor mit zwei Kernen für deterministische Operationen, was eine schnelle Reaktion, hohen Durchsatz und geringe Latenz bei gleichzeitig hoher Sicherheit und Zuverlässigkeit bedeutet.

Für die Grafikbeschleunigung und Video-Komprimierung/Dekomprimierung besitzen die neuen Bausteine einen speziellen Grafikprozessor, ARM-Mali-400MP, und auch eine H.265-Video-CODEC-Einheit, kombiniert mit Unterstützung für DisplayPort, MIPI und HDMI. Und schließlich wurde noch eine dedizierte „Plattform und Power-Management-Einheit“ (PMU) eingebaut, die die Überwachung und Verwaltung des Systems übernimmt und das dynamische Leistungstakten (power-gating) für jeden Prozessor durchführt.

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