加速云端应用成形　28奈米FPGA助臂力

云端应用对高频宽网路的需求日益殷切，为协助网路基础建设及资料中心相关设备制造商，克服耗电量、传输率、讯号完整性与可靠性等设计挑战，FPGA业者已推出新一代28奈米解决方案，加速云端运算应用与服务的创新。
现场可编程闸阵列(FPGA)将成为云端运算(Cloud Computing)应用成形的重要功臣，尤其在28奈米先进制程的支援下，不仅处理效能大幅精进，就连收发器(Transceiver)、输入/输出(I/O)与数位讯号处理(DSP)能力也显著提升，对亟需更高频宽与运算速度的通讯、广播、储存与资料中心等设备开发商而言，无疑是一大福音。

Linley Group资深分析师Joseph Byrne表示，全球网际网路协定(IP)流量将从现今每月约15EB(Exabytes)剧增至每月64EB，因而需要具备以优异讯号完整性和低功耗效率驱动高速讯号的高频宽系统单晶片(SoC)方案，来完成光纤和其他既有基础建设的部署。而随着通讯传输介面速度从10Gbit/s增加到100Gbit/s，对于晶片至光纤(Chip-to-optics)、晶片至背板(Chip-to-backplane)和晶片至晶片介面要求也更为严苛，也因此，FPGA业者已专注于协调在功耗、效能、光学讯号抖动等方面的限制和彼此间整合，以利用28奈米FPGA来提供28Gbit/s收发器。

图1 Altera亚太区资深市场经理罗嘉鸶表示，该公司多样规格的28奈米FPGA系列产品，可满足各种应用等级的设计需求。
事实上，包括赛灵思(Xilinx)与Altera等FPGA供应商，在新推出的28奈米FPGA中，已特别针对高频宽需求的应用提出创新设计，不论是核心架构或矽智财(IP)支援，均以满足下世代通讯需求为目标。

Altera亚太区资深市场经理罗嘉鸶(图1)表示，产业界对频宽的需求正急遽增长，为基础设备与终端设备开发商带来极大的挑战，如何在有限的功率预算与成本下，快速增加系统频宽，已是相关业者面临的最大课题，而28奈米FPGA创新方案的问市，即是最佳的解决之道。

为因应各个应用领域不同的设计挑战，继28奈米Stratix V FPGA与HardCopy V特定应用积体电路(ASIC)后，Altera日前再发布新的Cyclone V与Arria V 28奈米FPGA系列方案，以多样化的产品线满足各种效能、功耗与成本的开发需求。

罗嘉鸶指出，在Cyclone V与Arria V FPGA到位后，Altera 28奈米FPGA产品组合(图2)，将比先前其他制程节点的产品世代，拥有更多的方案，可涵盖最高频宽到最低功率消耗广泛应用所需的范围，并透过在收发器、产品架构、矽智财(IP)与制程技术等要素的区隔，为客户提供量身订做的最佳方案。

图2 资料来源：Altera
Altera 28奈米FPGA产品组合

弹性变化规格因应各式应用

就制程技术而言，主要区分为台积电28奈米低功耗制程和28奈米高效能制程，前者系用于对耗电量及成本要求较高的产品，如低成本的Cyclone V与中阶的Arria V，以获得最低的绝对功耗；而后者则用来制造高效能的方案，如高阶的Stratix V与HardCopy V，以便提供高阶应用所需的核心与收发器效能。

产品架构上，则透过优化记忆体与I/O，来提升存取效能与效率。罗嘉鸶强调，Altera在28奈米系列方案中整合不同架构的记忆体、外部记忆体控制器、I/O和硬式IP区块，藉此达到各个元件目标应用所要求的效能、功耗和成本。如Cyclone V和Arria V元件中内建的是M10K记忆体区块，可拥有较高缓冲区效能；而Stratix V则内建M20K记忆体区块，以达到高资料传输效能且每个矽晶片面积可有更多位元空间。

至于在28奈米FPGA的收发器配置，Altera更是挖空心思，除将28奈米收发器模组化，并区分成5Gbit/s、10Gbit/s和28Gbit/s等三种等级外，每个等级收发器还拥有不同功耗与可支援的通讯协定，如5Gbit/s收发器功耗为88毫瓦，可支援十五个以上的通讯协定；而28Gbit/s收发器，功耗为200毫瓦，可支援超过五十种通讯协定。这种区分方式也可让Altera在特定产品系列中整合如背板支援或预加重(Pre-emphasis)和等化等特定功能。

此外，针对不同应用需求量身订做系统矽智财，也是Altera在28奈米FPGA设计上的另一巧思。目前Altera在高效能Stratix V FPGA可提供Interlaken 40G/100G、100Gigbit乙太网路(Ethernet)，以及PCIe Gen3×8的硬式矽智财；而中阶Arria V与低成本Cyclone V，则同样有三倍数乙太网路(Triple Speed Ethernet)、硬式记忆体控制器及PCIe Gen2的硬式矽智财。

罗嘉鸶透露，未来Altera将持续提供更多矽智财支援。日前该公司购并光纤传输网路(OTN)矽智财公司Avalon，即是强化矽智财发展的重要布局。

为能支援占消费者用户网路流量90%以上的视讯资料，以及日益丰富的云端应用和服务，当前的通讯网路频宽需求呈指数式成长，网路服务供应商需要设备来为像100G与400G等下一代标准，提供具弹性的设备与无缝升级能力。藉由此次购并，Altera将可延伸OTN应用中的客制化矽智财解决方案产品系列，以支援1.2G、2.5G与10G，以及40G与100G的资料传输率。

另一方面，赛灵思也已推出具备28Gbit/s序列收发器效能的Virtex-7 HT FPGA，满足新一代100G～400Gbit/s应用的需求。此款28奈米FPGA可协助通讯设备厂商，开发各种整合式、高频宽效率的系统，以因应全球有线基础建设与资料中心市场，对于更高频宽的需求。

Virtex-7 HT元件结合四至十六个符合OIF CEI-28G规格的28Gbit/s收发器，此为光互连论坛针对28Gbit/s所推出的通用电子I/O规格，因此能连结新一代的CFP2与QSFP2光学模组，可用于新一代的100G～400Gbit/s系统线路卡。