硅片堆疊成就FPGA容量突破 - 看Virtex-7 2000T
發布時間：2011-11-1 11:30
發布者：老郭
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CPU廠商曾一直引領最新半導體技術的開發�，F在似乎不一樣了。 近日，賽靈思（Xilinx）公司推出了業界容量最大的FPGA，它含有68 億個晶體管，200 萬個邏輯單元（相當于 2,000 萬個 ASIC 門）。在一個視頻演示中，賽靈思公司在他們最新Virtex-7 2000T 器件中模擬了3600個處理器，每個處理器的工作頻率為100MHz，總運算能力達到18萬MIPS。賽靈思公司產品市場營銷總監Brent Przybus說，除了世界上少數的幾個超級計算機，沒有任何芯片能達到如此高的運算能力，而且功耗不到20W。 
圖1：Virtex-7 2000T的性能相當于2到4個最大容量的單片FPGA，但功耗卻大幅降低 為何2000T能達到如此高的性能呢？它其實不是一個普通的FPGA。單個的FPGA目前能達到的容量不到100萬邏輯單元。由于良率下降的原因，制造更大的FPGA晶片在經濟上并不合算。賽靈思的方法是，把4個FPGA并起來使用。但簡單地在一個封裝內容納4個FPGA的做法并沒有多大幫助：FPGA之間的互聯會嚴重影響系統性能并加重功耗，據說這種做法比使用4個FPGA器件好不到哪兒去。賽靈思采用的是一種更先進的技術，稱作“堆疊硅片互聯” (SSI)，或2.5D IC技術，這樣便可以在下一代線寬工藝出現之前實現器件的性能突破。
圖2：Virtex-7 2000T包含4個FPGA晶片曾和一個無源中間層 賽靈思的SSI技術簡單來說就是把4個28nm工藝的FPGA平行放置在另一層硅片上。這個稱作中間層的硅片是65nm工藝的無源（或被動）器件IC，它起到FPGA晶片的互聯作用，時延低且功耗小。賽靈思公司全球高級副總裁、亞太區執行總裁湯立人先生說，目前業界通行的說法是，有源（或主動）IC層的堆疊稱作3D技術，有源層與無源層的堆疊稱作2.5D技術，所以賽靈思所采用的技術是2.5D。就目前的工藝來說，3D IC技術尚未成熟，主要的障礙在于有源層之間的應力和散熱問題。
圖3：無源中間層起到互聯作用，時延低、功耗小 湯立人先生說，堆疊硅片的目的不是為了增加晶體管密度或減小芯片尺寸，而是為了提高芯片性能。目前賽靈思SSI技術是將4個同樣的FPGA并行放置，這個稱作同構2.5D，下一步的計劃是將2.8Gbps的收發器做進來，稱作異構2.5D技術，如下圖所示。
圖4：賽靈思下一步的計劃是異構2.5D技術 Virtex-7 2000T的用途專門針對系統集成、ASIC 替代以及 ASIC 原型和模擬仿真。大容量FPGA在初期成本、開發時間、可擴展性等方面具有無可比擬的優勢。據說這款產品在賽靈思客戶中的反響十分強烈，超出了該公司的預期。 |
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