Anspruchsvolle Edge-Anwendungen im Visier Neue CertusPro-NX-FPGAs: Low Power, aber High-Speed

Redakteur: Michael Eckstein

Höchste Logikdichte, klassenbeste Energieeffizienz, rasanter Datendurchsatz: Lattice verspricht viel für seine neue FPGA-Familie CertusPro-NX. Dafür unterstützen die Low-Power-Bausteine als erste LPDDR4 und sollen sich dank viel On-Chip-Speicher für die Beschleunigung von KI/ML-Anwendungen eignen.

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Schnellablage: „Die Beschleunigung von KI- und ML-Anwendungen benötigt viel und schnellen lokalen Speicher. Daher haben wir bis zu 65 Prozent mehr On-Chip-Speicher integriert, als ihn vergleichbare FPGAs besitzen.“
Schnellablage: „Die Beschleunigung von KI- und ML-Anwendungen benötigt viel und schnellen lokalen Speicher. Daher haben wir bis zu 65 Prozent mehr On-Chip-Speicher integriert, als ihn vergleichbare FPGAs besitzen.“
(Bild: Lattice)

Lattice Semiconductor baut sein Angebot an programmierbaren Low-Power-Bausteinen aus: CertusPro-NX heißt die neue Familie an Allzweck-FPGAs (Field Programmable Gate Arrays). Mit den adaptiven Logikbausteinen zielt der US-amerikanische Hersteller auf Kommunikations-, Computing-, Industrial-, Automotive- und Consumer-Anwendungen.

Nach CrossLink-NX (Schnittstellen-FPGAs für Vision-Anwendungen), Mach-NX (FPGAs mit integrierten Security-Funktionen) und Certus-NX (Universal-FPGAs für Edge-Anwendungen) ist CertusPro-NX (Universal-FPGAs) die vierte Bausteinserie, die auf der energieeffizienten CMOS-Prozesstechnik FD-SOI (Fully Depleted Silicon on Insulator) basiert. Hierbei trennt eine dünne, im Substrat vergrabene Siliziumdioxid-Schicht (BOX, Buried Oxide) die Kanäle der integrierten Transistoren vom Substrat. Dies verbessert einerseits die Energieeffizienz und schirmt die Transistoren besser gegen Strahlung ab.

Flexible 10-Gigabit-SERDES-Logik

Nach Angaben von Lattice hat die Entwicklungszeit der neusten Serie gerade einmal 18 Monate gedauert. Dabei hat Lattice darauf Wert gelegt, dass die Chips trotz eines sehr kleinen Formfaktors hohe Bandbreiten erreichen. Mit der Unterstützung von bis zu acht programmierbaren SERDES-Lanes, die Geschwindigkeiten von bis zu 10,3 GBit/s ermöglichen, „bieten die CertusPro-NX-FPGAs die höchste Systembandbreite ihrer Klasse“, sagt Gordon Hands, Senior Director of Product Marketing von Lattice, bei der Präsentation der Bausteine. Damit ließen sich gängige Kommunikations- und Display-Schnittstellen wie 10 Gigabit Ethernet, PCI Express, SLVS-EC, CoaXPress und DisplayPort realisieren.

Hands verweist auf die Eignung der neuen FPGAs für Intelligent-Edge-Aufgaben: „Die Beschleunigung von KI- und ML-Anwendungen benötigt viel und schnellen lokalen Speicher. Daher haben wir bis zu 65 Prozent mehr On-Chip-Speicher integriert, als ihn vergleichbare FPGAs besitzen.“ Zudem würden sie als einzige FPGAs ihrer Klasse externen LPDDR4-Speicher unterstützen, „den viele Hersteller aufgrund seiner prognostizierten Langzeitverfügbarkeit bevorzugen“.

Damit soll auch bei extern angebundenem Speicher ein hoher Datendurchsatz sichergestellt sein. „Trotzdem nehmen die Chips bis zu viermal weniger Strom auf als vergleichbare Bausteine der Konkurrenz“, sagt Hands.

Höchste Logikdichte der Nexus-basierten FPGAs

CertusPro-NX-FPGAs verfügen über die bislang höchste Logikdichte aller Nexus-basierten Bausteine: Je nach Modell reicht sie von 52.000 bis 96.000 Logikzellen (LC) – bei Abmessungen von nur 9 mm x 9 mm. Zum Vergleich: Bei ähnlicher LC-Anzahl (zwischen 70K und 100K) sind die verbreiteten Chips der Konkurrenz mit Kantenlängen zwischen 11 mm (Intel Cyclone V GT) und 23 mm (Xilinx Artix-7) deutlich größer.

Wobei Xilinx vor kurzem unter anderem eine überarbeitete Artix-UltraScale-Serie im modernen InFO-Gehäuse von TSMC vorgestellt hat, das ähnlich klein ist wie der neue CertusPro-NX-Baustein.

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Sehr geringe Soft-Error-Rate, breiter Betriebstemperaturbereich

Damit die Bausteine auch in anspruchsvollen Automobil-, Industrie- und Kommunikationsanwendungen, die eine hohe Verfügbarkeit erfordern, zuverlässig funktionieren, hat der Hersteller sie von vorneherein robust konzipiert. Das zeigt sich am breiten Betriebstemperaturbereich von –40 bis 125 °C und an der geringen Soft-Error-Rate (SER) – also etwa durch ionisierende Strahlung hervorgerufene Bit-Fehler. „Basierend auf den Informationen, die unsere Wettbewerber für ihre FPGAs veröffentlichen, erreichen unsere CertusPro-NX-Chips bis zu 100-mal bessere SER“, freut sich Hands.

„Viele Edge-Geräte sollen mit möglichst wenig Strom auskommen, damit sich das Wärmemanagement möglichst einfach halten lässt“, sagt Linley Gwennap, Principal Analyst bei The Linley Group. Zudem würden sie oft Komponenten mit kleinen Formfaktoren für kompakte Gerätedesigns, eine hohe Systembandbreite für eine schnelle Chip-to-Chip-Kommunikation, robuste Speicherressourcen und eine hohe Zuverlässigkeit für kritische Anwendungen erfordern.

Solutions-Stack sollen zu schnellen Entwicklungserfolgen führen

„Die CertusPro-NX-FPGAs von Lattice adressieren diese Faktoren. Zudem übertreffen sie die Konkurrenz bei der mittleren Zeit zwischen zwei Ausfällen (MTBF) bei weitem und bieten den geringsten Stromverbrauch in ihrer Klasse“, rezitiert der Analyst die Herstellerangaben.

Damit Entwickler schnell vorwärtskommen, unterstützen auch die neuen Mitglieder der Nexus-FPGA-Familie die bewährten Solutions-Stacks des Herstellers: Während Lattice SensAI auf Low-Power-Edge-Applikationen zielt, richtet sich Lattice mVision an Entwickler von Low-Power-Embedded-Vision-Produkten und Lattice Automate dient der Beschleunigung von Anwendungen in der Industrie-Automatisierung.

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