חברת EFINIX מארה"ב www.efinixinc.com, המשווקת בישראל על ידי חברת בורן טכנולוגיות, מביאה גישה חדשה לעולם ה-FPGA באמצעות ארכיטקטורת Quantum™ Fabric, המצליחה לייעל את תנועת הנתונים בתוך השבב, להפחית הספק ולהתאים את הפונקציונליות לעומסי עבודה רבים כמו DSP, Vision, AI ו-Edge.
משפחת Titanium, המבוססת תהליך ייצור 16nm, מיועדת במיוחד ליישומי עיבוד מידע וצריכת הספק מינימלית.
Quantum™ Fabric – XLR Cells
ה- Quantum™ Fabric מפחית עומסי ניתוב, מקצר מסלולי נתונים ומפחית צריכת הספק באמצעות שימוש ב-XLR Cells.
XLR Cell (eXchangeable Logic & Routing) מאפשר לכל תא להיות Logic cell או routing cell לפי הצורך, ומעניק חופש תכנוני שמביא למספר יתרונות:
- שיפור ב-PPA (Power-Performance-Area)
- Delay נמוך יותר
- Routing עמוס פחות
- ניצול שטח יעיל סביב בלוקים קשיחים
באמצעות XLR, תהליך הסינתזה וה-Place and Route נהיה יותר יעיל, ויכול לחסוך בעיות timing שגוזלות זמן רב של קומפילציה.
כשמסבירים על FPGA תמיד אומרים שמדובר על חומרה משתנה, אבל בפועל החומרה שממנה מורכב ה-FPGA הסטנדרטי היא קבועה, מה שמשתנה זה החיבורים בין ה-Logic cell ל-Routing cell.
EFINIX היא הראשונה (והיחידה) שמייצרת FPGA שבו תהליך הסינתזה וה-Place and Route משנה את חומרת ה-FPGA עד לרמת ה-cell ומאפשר לו להיות scalable בהתאם לקושחה של המהנדס.
תמונה XLR Cell :1 קרדיט: Efinix
Harden MIPI IP
אחד היתרונות המובהקים של EFINIX הוא MIPI IP מוקשח על ה-FPGA.
בעוד שברוב ה-FPGA הסטנדרטיים צריך לממש את ה-MIPI באמצעות הוקשחה, EFINIX בחרה להטמיע את בקר ה-MIPI ישירות בתוך הסיליקון של ה-FPGA.
ההחלטה להקשיח את ה-MIPI IP פותרת את אחד האתגרים המורכבים ביותר בפיתוח מערכות מבוססות Vision. בפרוטוקולים מהירים כמו MIPI CSI-2 או DSI, הפועלים בקצבים מהירים של עד 2.5Gbps לכל Lane, כל שינוי קטן בלוגיקה יכול להוביל לשגיאות נתונים ובעיות timing. בזכות כך שה-MIPI מוקשח, זה נותן למהנדסים תזמונים יציבים של העברת נתונים שלא מושפעים מהמערכת הכוללת ומאפשר לבצע שינויים בלוגיקה עם פחות סיכון לבעיות timing.
ה-Harden MIPI IP מעניק יתרון משמעותי בניצול משאבי FPGA:
- Latency מינימאלי – הנתונים עוברים ישירות ל-FPGA במסלול הקצר והיעיל ביותר, מה שמבטל שיהוי מיותר וקריטי ביישומי וידאו מהירים.
- צריכת הספק – רכיב מוקשח תמיד יהיה יעיל יותר אנרגטית ממימוש לוגי, יתרון קריטי במכשירי Edge המוגבלים במשאבי חשמל.
Sapphire SoC, מעבדים מבוססי RISC-V
EFINIX משלבת במוצריה מגוון פתרונות RISC-V המאפשרים להוסיף עיבוד ותוכנה בנוסף לעיבוד חומרה על גבי אותו FPGA. משפחת המעבדים של EFINIX נקראת Sapphire SoC, והיא כוללת שלושה סוגים:
Sapphire Lite SoC, Sapphire SoC ו- High-Performance Sapphire SoC
Sapphire Lite SoC
גרסת ה-lite של EFINIX היא Soft IP והוא מיועד להחליף מיקרו-בקרים פשוטים עם צריכת Fabric מינימלית ומתאים למשימות פשוטות כגון ניהול לוגיקה פנימית ו-IP Configuration בזמן ריצה.
צריכת ה-Fabric של ה-lite נמוכה ביותר וצורכת קצת פחות מ-4K LE.
Sapphire SoC
Sapphire SoC IP הוא Soft IP ומיועד לשמש בתור מעבד כללי במערכת ובעל מגוון רחב של יכולות כגון:
- יכולת לעבוד עם שעון עבודה בקצב של עד 400MHz
- יכולת לשלוט על זיכרונות מסוגי DDR3, LPDDR4 ו-HyperRAM.
- תמיכה ב-Quad-Core Functionality
- תמיכה במערכת הפעלה Linux
- בעל שני AXI4 Full Duplex Master Interface
- בעל חמישה APB3 Master Interface
- תמיכה בפרוטוקולים גנריים כמו URAT, SPI, I²C, GPIO ועוד
High-Performance Sapphire SoC
High-Performance Sapphire SoC הוא Hard IP בעל יכולות עיבוד השוות למעבדArm 9 Dual Core ובעל היכולות הבאות:
- יכולת לעבוד עם שעון עבודה של בקצב של עד 1GHz
- יכולת לשלוט על זיכרון LPDDR4 באמצעות AXI4 Interface
- בעל AXI4 Full Duplex Master Interface עם 128 data-width
- בעל Quad-Core Functionality
- תמיכה במערכת הפעלה Linux
- תמיכה בפרוטוקולים גנריים כמו URAT, SPI, I²C, GPIO ועוד
תמונה 2: מעבדי Sapphire SoC קרדיט: Efini
Custom Instruction – להאיץ תוכנה באמצעות חומרה
למעבדי ה-Sapphire יש יכולת עוצמתית בשם Custom Instruction. למעבד סטנדרטי יש סט פעולות מוגבל שהוא מסוגל לעשות. באמצעות Custom Instruction למעבדי ה-Sapphire יש אופציה להוסיף עד 1024 פעולות נוספות שמוגדרות על ידי המהנדס, המאפשרות Hardware Acceleration יעיל ופשוט.
איך זה עובד?
EFINIX מאפשרת למהנדסים לכתוב רכיב חומרתי שמתחבר ישירות למעבד, ולבצע באמצעותו מספר רב של פעולות שה-FPGA יכול לבצע בקלות ובמהירות בעוד שלמעבד אותן פעול תיקח יותר זמן עבודה.
ל- Custom Instruction יש מספר יתרונות כגון:
- מינימום Latency – בניגוד לחיבור פריפריאלי על גבי Interconnect Bus,
ה- Custom Instruction מחובר ישירות ל-ALU של המעבד, מה שמבטל את צוואר הבקבוק של העברת נתונים.
- חיסכון במשאבים – היכולת להריץ לוגיקה מורכבת כפקודת מעבד מאפשרת להשתמש במעבד Soft IP כמו ה-Sapphire SoC ועדיין לקבל ביצועים של מעבדים גדולים וחזקים יותר.
- האצת אלגוריתמים – אם יש לכם חישוב מתמטי מורכב שאתם צריכים לבצע או שחוזר על עצמו מספר רב של פעמים, ניתן "לארוז" אותו כפקודת לוגיקה בחומרה. במקום שהמעבד יבצע פעולות תוכנה רבות, הוא קורא לפקודה אחת שמבצעת את אותה ב-clock cycle אחד, או ב-pipeline מהיר.
תמונה Custom Instruction :3 קרדיט: Efinix
משפחות ה-FPGA של EFINIX
חברת EFINIX מציעה שלוש משפחות מוצרים מבוססים על ארכיטקטורת ה-XLR Cell.
להלן שלוש המשפחות:
Trion
סדרת ה-Trion המיוצרת בתהליך 40nm תוכננה עבור יישומים הדורשים עלות נמוכה, צריכת הספק נמוכה וזמן הגעה מהיר לשוק.
רכיבי ה-Trion מגיעים עם צפיפות לוגית של בין 4K LE עד 120K LE, והמשפחה כוללת בקרים מוקשחים לזיכרונות DDR3 ו-LPDDR3, כמו כן גם ממשקי MIPI מוקשחים בדגמים נבחרים.
משפחת ה-Trion מיועדת לעיבוד תמונה בסיסי, המרת פרוטוקולים ולבקרה תעשייתית.
היתרון ההנדסי של סדרת ה-Trion היא היכולת להטמיע מעבדי Sapphire SoC בתוך ה-Fabric של ה-FPGA ולתפקד כמרכז בקרה חכם במערכות Embedded קטנות, תוך שמירה על הספק נמוך במיוחד.
תמונה 4: ערכת פיתוח EFINIX – Ti375 קרדיט: Efinix
Titanium
סדרת ה-Titanium מייצגת את חזית הטכנולוגיה של EFINIX. היא מיוצרת בתהליך ייצור 16nm מתקדם, המאפשר ביצועים גבוהים ועדיין שומר על צריכת הספק נמוכה.
לרכיבי ה-Titanium יש תמיכה ב-PCIe Gen4, בקרים מוקשחים ל-LPDDR4/4X וגם ב-10G Ethernet. בנוסף המשפחה כוללת ממשקי MIPI מוקשחים במהירות של 2.5Gbps per lane, המאפשרים חיבור ישיר ברזולוציה גבוהה.
חלק נכבד מרכיבי ה-Titanium כוללים בתוכם את ה-High Performance Sapphire SoC, המעבד המוקשח של EFINIX, שהופך את רכיבי ה-FPGA למערכת SoC עוצמתית במיוחד.
המשפחה מיועדת עבור פלטפורמות AI אוטונומיות, Edge Servers זעירים ומערכות אבטחת סייבר חומרתיות.
Topaz
סדרת ה-Topaz היא התוספת החדשה והאסטרטגית של EFINIX. היא נולדה מתוך הבנה שמהנדסים זקוקים ליעילות אנרגטית, אך לא תמיד זקוקים לממשקים יקרים ומורכבים בקיימים בסדרת ה-Titanium.
סדרת ה-Topaz מיוצרת באותו תהליך ייצור של סדרת ה-Titanium (16nm) כך שעדיין נשמרים הביצועים הגבוהים וצריכת ההספק הנמוכה.
למרות רכיבי ה-Topaz הם Cost-Optimized הם עדיין כוללים תמיכה ב-PCIe Gen3, בקר מוקשח ל-LPDDR4 וגם ב-10G Ethernet.
בנוסף המשפחה עדיין כוללת ממשקי MIPI מוקשחים במהירות של 2Gbps per lane ואפילו בחלק מרכיבי ה- Topazנמצא אותו High Performance Sapphire SoC שיש ברכיבי ה-Titanium, שהופך את הרכיב למערכת SoC כוללת.
המשפחה מיועדת למהנדסים שרוצים רכיביFPGA שחזקים יותר ממשפחת ה-Trion ולא צריכים את כל היכולות של משפחת ה-Titanium.
Efinity® – כלי פיתוח עוצמתי ויעיל ל-FPGA של EFINIX
Efinity® היא סביבת פיתוח מתקדמת הכוללת סינתזה, Place & Route, ניתוח timing ו-Real Time Debug ברמת ה-Fabric. באמצעות ה-IP Manager ניתן להוסיף בקרים מובנים לפרוטוקולים כגון PCIe, MIPI, DDR ועוד, ובנוסף גם להוסיף את ה- Sapphire SoC IP ואת ה- Sapphire Lite SoC.
סביבת הפיתוח וכל ה-IP של EFINIX הם ללא עלות ומאפשרים אימוץ מהיר של הטכנולוגיה ופיתוח יעיל.
סיכום
EFINIX מספקת FPGA גמיש, יכולות שילוב של Hard/Soft RISC-V, יכולות MIPI קשיחות וכלי פיתוח שמאפשרים פיתוח פשוט ומהיר בתחומי ה-Networking, Vision וה-AI.
