Programmierbare Logik DSP mit Embedded-FPGA für rekonfigurierbares Computing

Von Michael Eckstein

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Eingebettete FPGA-IP von Flex Logix macht CEVAs Digitalen Signalprozessor X2 so flexibel, dass er sich nachträglich an unterschiedliche Arbeitslasten anpassen lässt. Nun haben beide Unternehmen funktionierendes Silizium vorgelegt.

Nach Ansicht von Geoff Tate, CEO of Flex Logix, werden Embedded FPGAs (eFPGA) in puncto Anzahl der LUTs (Look Up Tables)  herkömmliche FPGA-Bausteine noch in diesem Jahrzehnt überholen.
Nach Ansicht von Geoff Tate, CEO of Flex Logix, werden Embedded FPGAs (eFPGA) in puncto Anzahl der LUTs (Look Up Tables) herkömmliche FPGA-Bausteine noch in diesem Jahrzehnt überholen.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Applikationsspezifische System-on-Chips setzen immer häufiger auf programmierbare Logikblöcke. Aktuell haben der US-amerikanische Anbieter Flex Logix und das israelische Unternehmen CEVA einen ASIC entwickelt, der das EFLX embedded FPGA (eFPGA) von Flex Logix mit einer CEVA-X2 DSP-Befehlserweiterungsschnittstelle kombiniert.

Der ASIC mit der Bezeichnung SOC2 soll veränderbare Befehlssätze bereitstellen, mit denen sich wechselnde Verarbeitungsaufgaben erfüllen lassen. Er wurde vom SoC-Labor der Bar-Ilan-Universität im Rahmen des HiPer-Konsortiums entwickelt und in 16-nm-Technologie von TSMC gefertigt. Das Konsortium wird von der israelischen Innovationsbehörde (IIA) unterstützt.

Zwei Cluster zum Programmieren und Ausführen von DSP-Befehlserweiterungen

„Die Möglichkeit, benutzerdefinierte Befehle in Embedded-Prozessoren zu integrieren, um den Stromverbrauch zu minimieren und die Leistungseffizienz von zu maximieren, gibt es schon seit Jahrzehnten“, sagte Andy Jaros, VP of Sales and Marketing für die eFPGA-IP von Flex Logix. Die Möglichkeit der ISA-Erweiterung (Instruction Set Architecture, Befehlssatzarchitektur) sei für bestimmte Anwendungen sehr gut geeignet, könne aber eine kostspielige Lösung sein, wenn sich die Anwendung nachträglich ändere oder neue Anwendungsfälle andere Befehle erfordern – dies bedinge oft das Entwickeln eines neuen Chips.

Der SOC2-Chip zeige nun, dass es möglich ist, eine DSP-Befehlssatzarchitektur, die sich an unterschiedliche Arbeitslasten anpassen lässt, mit kundenspezifischen, fest verdrahteten Befehlen zu kombinieren. Laut Erez Bar-Niv, Chief Technology Officer von CEVA, enthält SOC2 zwei Verarbeitungscluster mit jeweils zwei CEVA-X2 DSP-Cores und EFLX eFPGA zur Programmierung und Ausführung von DSP-Befehlserweiterungen. Beide sind über den CEVA-Xtend-Mechanismus verbunden. Dadurch seien Anwender in der Lage, verschiedene DSP-Anwendungen zum Beispiel zusätzlich zu Kommunikation und Sound mit einer anpassbaren ISA nach der Fertigung zu realisieren.

Modularer Aufbau ermöglichen Verteilung der Arrays auf dem Chip

Nach Angaben von Flex Logix kann das EFLX eFPGA überall in einer ASIC-Architektur eingesetzt werden – etwa für Paketverarbeitung, Sicherheit, Verschlüsselung, IO-Muxes und Beschleunigung von Algorithmen. Chipentwickler könnten eFPGAs mit einigen tausend LUTs bis hin zu über einer Million LUTs implementieren und dabei eine ähnliche Leistung und Dichte pro Quadratmillimeter erzielen wie führende FPGA-Hersteller in derselben Prozessgeneration.

Laut Hersteller ist EFLX eFPGA modular aufgebaut, so dass die Arrays über den gesamten Chip verteilt werden können, sowohl mit Logik als auch mit DSP ausgestattet werden können. Auch RAM lässt sich demnach integrieren. EFLX eFPGA ist heute in den gängigen 12-, 16-, 22-, 28- und 40-nm-Prozessknoten etwa von TSMC und GlobalFoundries verfügbar. Demnächst soll es zudem für 7-nm-Prozesse erhältlich sein. Weitere fortgeschrittene Prozessknoten für eine zukünftige Veröffentlichung sind laut Flex Logix geplant.

FPGA-Conference Europe

Einsatzgebiete für programmierbare Logikschaltung sind so vielfältig wie die verfügbaren Lösungen, mit denen sie sich entwickeln lassen. Ob FPGA, GPU oder Adaptive-Computing-SoC: Jede Technologie hat ihre Berechtigung – ist aber auch erklärungsbedürftig.

Die FPGA Conference Europe - als europaweit wichtigste Plattform für hersteller- und technologieunabhängigen und applikationsübergreifenden Austausch zwischen Experten und Entwicklern - gibt Embedded-Entwicklern Orientierung und praktische Hilfestellungen.

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