今天的数据中心管理者希望他们的设施具有更高的可重构性和可编程性，而不是像旧PC时代那样不得不更换硬件。跟上不断变化的标准和协议。到目前为止，可重构性还不存在，协议变更可能很容易要求数据中心运营商更换设施中的每一个芯片。随着嵌入式FPGA（eFPGA）技术的出现，这些问题正在逐渐消失。该技术不仅可以实现芯片安装到数据中心后的重新配置，还可以将处理器的性能提升40-100倍。国防高级研究计划局(DARPA)、SiFive、哈佛大学、桑迪亚国家实验室和HiperConsortium等相关行业领导者正在设计eFPGA。但令人意外的是，业内大部分人并不了解什么是eFPGA，也不了解它与Xilinx、Altera等独立机型等传统FPGA有何不同。事实上，这两种技术截然不同，甚至无法相互竞争。FPGA和eFPGAFPGA是一种知识产权(IP)块，可以将完整的FPGA集成到SoC或任何类型的集成电路中。这个比较新，但是把芯片变成IP块的想法已经存在很久了。正如RAM、serdes、PLL和处理器从单独的芯片转移到常规IP块一样，FPGA也是IP块。FPGA在可编程互连结构中组合了一系列可编程/可重新配置的逻辑块。FPGA芯片的外缘由GPIO、serdes和专用PHY（包括DDR3/4）组成。在高级FPGA中，I/O环大约占芯片的四分之一，“结构”大约占四分之三。这种结构主要是当今FPGA芯片中的互连；其面积的20-25%是可编程逻辑，75-80%是可编程互连。eFPGA是一种没有GPIO、serdes和PHY的FPGA架构。相反，它使用标准数字信号连接到芯片的其余部分，从而实现广泛、快速的芯片互连。eFPGA如何充当加速器每个芯片都有一个或多个Arm、ARC、Mips或其他执行代码的处理器。对于消耗大部分处理器带宽的任务，硬件中的加速器通常可以在更短的时间内处理任务。（当然，加速器并没有取代处理器，它只是加速了大部分工作量密集型任务。)但是，如果使用硬连线加速器，则只能加速一个任务。加速器可由eFPGA重新配置，以根据工作负载要求或不同的客户/应用程序要求加速多项任务的执行。这种将关键代码加速一个或两个数量级的能力是每个芯片设计师都应该评估的。处理器性能提升40-100倍是其主要竞争优势。如今，eFPGA可用于任何领先的工艺节点和任何规模，带有可选的MAC/RAM以提供从MCU到数据中心的可重新配置加速。有关将eFPGA用作加速器的更多详细信息，请点击此应用说明链接。它描述了将eFPGA连接到公共总线的确切实现，并提供了多个详细的性能比较，以便您可以开始评估eFPGA。成本优势设计ASSP、ASIC和SoC的成本和时间不断增加。这种情况是一个挑战，因为这意味着芯片市场必须更大才能提供良好的投资回报——而且设计时间很长，很难满足不断变化的客户规范和标准。在数据中心，客户多年来一直在寻求可重构性。当标准演进时，数据中心不再需要升级叉车，而是需要可编程芯片，可以在不接触硬件的情况下升级其能力。它还为数据中心运营商提供了定制选项，以获得更大的竞争优势。正如微软的Do??ugBurger在2016年现场可编程逻辑与应用国际会议(FPL)上所说，可重构云服务将改变世界，使重新编程数据中心硬件协议成为可能：网络、存储和安全。将FPGA技术加入其中是实现这一目标的关键。另一个可以显着节省成本的例子是微控制器。在90nm等较旧的工艺节点中，掩模很便宜，线卡可能有数十或数百个版本。例如，这种类型为每个客户提供了细小的差异，例如，串行接口（SPI、I2C、UART等）的数量和类型。但现在先进的微控制器正在转向40nm技术，其中每个掩模的成本为100万美元，微控制器制造商需要一种可编程的方式来定制他们的芯片并提供多个SKU。添加此功能还为他们的客户自己定制MCU开辟了途径，类似于他们今天为板载处理器编写C代码的方式。今天的一些微控制器，例如赛普拉斯的PSoC，提供了一些有限的可定制性。然而，只有eFPGA可以提供更具可扩展性的可定制性。多种应用的多个市场eFPGA阵列可以为芯片设计人员提供任何需要灵活性的地方，以应对不确定或不断变化的标准，或者满足一系列高性能的市场需求。从大型网络芯片到小型MCU/IoT芯片的广泛应用都非常适合eFPGA。在40nm和MCU/IoT等应用中，重点是功耗；因此，设计eFPGA的组织优化了他们的产品，使其具有更多的电源管理模式、低电压状态保持和其他功能。在28/16nm应用中，重点是性能，因此可以针对该要求优化ePGA。eFPGA在控制路径或数据路径中运行时性能最佳，并且必须服从周围硬连线RTLASIC的频率。在这种情况下，客户通常使用1,000个LUT或更少的eFPGA，在触发器之间嵌入一个或两个LUT阶段的快速控制逻辑。I/O需求往往很高，尤其是在输入端。性能要求相对较低的是I/O控制，例如MCU或IoT设备，eFPGA可以通过不激活MPU或根据I/O功能需要在其中实现额外的串行接口来实现本地I/O处理。降低整体系统功耗。以下只是当今eFPGA所服务的部分市场：网络：可编程解析器、网络协议、安全协议和存储协议；无线基站DFE（数字前端）的数据中心加速；MCU：可重构I/O，卸载MPU的I/O处理，可重构加速器；SoC：I/Omux、可重构I/O、可重构加速器；SSD：可编程时序和ECC；航空航天/国防：集成集成FPGA更小、更轻、功耗更低，并且可以建立在抗辐射工艺和/或值得信赖的晶圆厂之上。未来的数据中心eFPGA正在改变芯片的设计过程，进而改变数据中心的构建和维护方式。随着时间的推移，嵌入式FPGA技术预计将变得无处不在，以至于从180纳米到7纳米的每个主要晶圆厂都可以使用它们，从而实现广泛的应用。借助数据中心的可重构性，运营商将拥有前所未有的灵活性。芯片可以在系统中更新以响应不断变化的协议或标准，运营商也将能够采用eFPGA来加速某些任务或工作负载所需的处理器性能。结果将是节省成本，以及减少维护和开发费用，这是每个数据中心经理都在追求的目标。
