FPGA疊加技術重新定義: 2.5D向左 3D向右
FPGA疊加技術重新定義: 2.5D向左 3D向右
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【中國投影網資訊】“夢想的產品已經開始發貨了。”賽靈思全球高級副總裁，亞太區執行總裁湯立人先生在發布會上激動地宣布，“我們在6年前開始規劃這樣一款產品，3年前我們開始做研發，一年前我們開始跟大家分享SSI技術的概念。今天，我們終于推出了全球第一個2.5D的IC了。”
這款產品就是Virtex®-7 2000T —— 全球第一個采用賽靈思獨特2.5D IC堆疊硅片互聯(SSI)技術的FPGA產品。據湯先生介紹，該產品是目前世界容量最大的可編程邏輯器件，擁有 68 億個晶體管，200 萬個邏輯單元，相當于 2,000 萬個 ASIC 門。
湯先生特別強調：“這對整個行業來說是非常重大的消息，沒有其他公司可以做到這件事情。”
2.5D的突破
“More than More.（超越摩爾定律）” 2.5D堆疊硅片互聯技術終于讓賽靈思霸氣地說出了這句話。
根據摩爾定律，28nm的FPGA最大只可達到大概100萬邏輯單元，但是由于堆疊互聯技術，賽靈思的Virtex-7 2000T可以達到200萬邏輯單元。據了解，至今為止還沒有其他的FPGA、甚至其他的半導體可以做到那么大的容量。而且，在Virtex-7 2000T FPGA里面總共有68億個晶體管。目前，半導體行業最大的CPU也僅能達到30億左右。另外，在帶寬方面，2000T里一共有2160個DSP，每個DSP可以跑到700多兆，而其競爭對手的產品，需要4個FPGA來實現。功耗方面，Virtex-7 2000T不高于20瓦。
“只有我們才知道怎樣將兩個FPGA疊加在一起。”湯先生自豪地說。
賽靈思亞太區銷售及市場總監張宇清先生隨后解釋道，這個堆疊的實現跟原來的架構有非常重要的聯系。因為Virtex-7 2000T是沿用Virtex FPGA的ASMBL架構，是Column Base，每個FPGA切片是按照一列列并排排列在一起的，這樣四個FPGA之間連接起來的走線才可以非常短，從而才能便于應用2.5D。如果不是這種架構，連線將是一個大問題，很難做到。
“2.5D技術是一個非常大的轉折點。因為其可以加速替代ASIC和ASSP。”據湯先生分析，ASIC將越來越貴。要想做28nm的ASIC，需要投入美金，比40nm ASIC投資增加了40%。
另外，賽靈思認為，2.5D技術推動FPGA的增長還體現在，其還可以實現大規模系統集成，使得FPGA在功耗，性能，成本方面具有非常優異的性價比。并且，該技術可以加快原型的模擬仿真，可以縮短開發時間、提高精度。
“為什么是2.5D?”
“為什么3D變成了2.5D ?”終于有人忍不住問了這個問題。
因為，在一年前賽靈思的發布會上，湯先生為大家介紹的分明是3D技術。而面對“2.5D”這個陌生的字眼，大家未免都有些迷惑。
“這是信用的問題。在技術方面我們從來沒有改變過，只是行業定義不同而已。”湯立人先生一臉誠懇地解釋道，“以前我們提到了SSI技術，但這個不完全是行業所定義的3D。現在，整個行業已經有清晰的定位，將這種技術稱之為2.5D。”
湯先生也坦言：“現在3D面臨非常多的挑戰。第一，3D是垂直的堆疊，把兩個主動IC用微凸快（micropum）連在一起，但微凸快這種新興技術有非常多的挑戰。舉例來說，兩個芯片本身的膨脹系數有可能不一樣，一個膨脹快，一個膨脹慢，中間連接的micropump應力就比較大。第二，硅通孔(TSV)有應力在，會影響周圍晶體管的性能。第三，熱管理，如果兩個都是主動的IC，散熱就成為很大的問題。所以，整個3D行業需要解決上面三個主要問題。”
據賽靈思方面預測，3D FPGA距真正量產還需兩三年的時間。
記者也了解到，3D確實是非常尖端的技術。它是把不同的IC堆疊在一起。每個IC都是主動的，有功耗，需要電源的。而2.5D的定義就是把這兩個主動IC放到被動的介質上。下面有連接，把兩個主動IC連接起來。因為是被動的，中間沒有晶體管，不存在TSV應力以及散熱問題。所以按湯先生的說法：“2.5D技術可以代替3D的技術。”
2.5D扮演什么角色？
這也不免讓大家心中產生了另一個疑問：2.5D是不是3D中間的過渡技術？畢竟，當人們已經看到了下一代的技術的時候，就一定會覺得未來的會比較好。
“我們認為不是。實際上，2.5D與3D是兩種不一樣的架構。2.5D有自己的應用，它不一定被3D所代替。這跟手機是不一樣的，不是說3D就一定比2.5D好。”同時，湯先生也給記者們展示了一副圖片，圖上畫了一個分岔路口。一條路是2.5D的路，另外一條是通向3D的。他借此特別強調：“2.5D有自己的路要走，而且會一直走下去的。同時，賽靈思同樣看好不帶中介層的完全3D IC堆疊技術，我們也在與合作伙伴研發3D。”
“從實際情況來看，基于2.5D技術的Virtex-7 2000T FPGA產品為客戶帶來的好處非常多，比我們想象的還要多。”湯先生開心地說。不過，湯先生也透露，由于該產品的銷售情況比預期的好很多，他們也面臨著供貨的壓力。
談到2.5D技術未來的發展，湯先生也透露，現在2.5D上面所有的晶片都還是同構的，將來會可以做到異構，可能會考慮將邏輯與已經可實現3D技術的Memory做到一起。
無論如何，這個基于堆疊硅片互聯技術的FPGA，把集成度提升到了一個全新的水平，也把FPGA的發展推到了一個非常大的技術轉折點上。在這個超級競爭的行業中，誰在技術轉折點上獲得先機，誰就拿到了主動權。而在這個點上，機遇和威脅也都在成倍地增加。賽靈思如何把握住先機，以及其競爭對手將如何反攻，讓我們拭目以待吧。
這款產品就是Virtex®-7 2000T —— 全球第一個采用賽靈思獨特2.5D IC堆疊硅片互聯(SSI)技術的FPGA產品。據湯先生介紹，該產品是目前世界容量最大的可編程邏輯器件，擁有 68 億個晶體管，200 萬個邏輯單元，相當于 2,000 萬個 ASIC 門。
湯先生特別強調：“這對整個行業來說是非常重大的消息，沒有其他公司可以做到這件事情。”
2.5D的突破
“More than More.（超越摩爾定律）” 2.5D堆疊硅片互聯技術終于讓賽靈思霸氣地說出了這句話。
根據摩爾定律，28nm的FPGA最大只可達到大概100萬邏輯單元，但是由于堆疊互聯技術，賽靈思的Virtex-7 2000T可以達到200萬邏輯單元。據了解，至今為止還沒有其他的FPGA、甚至其他的半導體可以做到那么大的容量。而且，在Virtex-7 2000T FPGA里面總共有68億個晶體管。目前，半導體行業最大的CPU也僅能達到30億左右。另外，在帶寬方面，2000T里一共有2160個DSP，每個DSP可以跑到700多兆，而其競爭對手的產品，需要4個FPGA來實現。功耗方面，Virtex-7 2000T不高于20瓦。
“只有我們才知道怎樣將兩個FPGA疊加在一起。”湯先生自豪地說。
賽靈思亞太區銷售及市場總監張宇清先生隨后解釋道，這個堆疊的實現跟原來的架構有非常重要的聯系。因為Virtex-7 2000T是沿用Virtex FPGA的ASMBL架構，是Column Base，每個FPGA切片是按照一列列并排排列在一起的，這樣四個FPGA之間連接起來的走線才可以非常短，從而才能便于應用2.5D。如果不是這種架構，連線將是一個大問題，很難做到。
“2.5D技術是一個非常大的轉折點。因為其可以加速替代ASIC和ASSP。”據湯先生分析，ASIC將越來越貴。要想做28nm的ASIC，需要投入美金，比40nm ASIC投資增加了40%。
另外，賽靈思認為，2.5D技術推動FPGA的增長還體現在，其還可以實現大規模系統集成，使得FPGA在功耗，性能，成本方面具有非常優異的性價比。并且，該技術可以加快原型的模擬仿真，可以縮短開發時間、提高精度。
“為什么是2.5D?”
“為什么3D變成了2.5D ?”終于有人忍不住問了這個問題。
因為，在一年前賽靈思的發布會上，湯先生為大家介紹的分明是3D技術。而面對“2.5D”這個陌生的字眼，大家未免都有些迷惑。
“這是信用的問題。在技術方面我們從來沒有改變過，只是行業定義不同而已。”湯立人先生一臉誠懇地解釋道，“以前我們提到了SSI技術，但這個不完全是行業所定義的3D。現在，整個行業已經有清晰的定位，將這種技術稱之為2.5D。”
湯先生也坦言：“現在3D面臨非常多的挑戰。第一，3D是垂直的堆疊，把兩個主動IC用微凸快（micropum）連在一起，但微凸快這種新興技術有非常多的挑戰。舉例來說，兩個芯片本身的膨脹系數有可能不一樣，一個膨脹快，一個膨脹慢，中間連接的micropump應力就比較大。第二，硅通孔(TSV)有應力在，會影響周圍晶體管的性能。第三，熱管理，如果兩個都是主動的IC，散熱就成為很大的問題。所以，整個3D行業需要解決上面三個主要問題。”
據賽靈思方面預測，3D FPGA距真正量產還需兩三年的時間。
記者也了解到，3D確實是非常尖端的技術。它是把不同的IC堆疊在一起。每個IC都是主動的，有功耗，需要電源的。而2.5D的定義就是把這兩個主動IC放到被動的介質上。下面有連接，把兩個主動IC連接起來。因為是被動的，中間沒有晶體管，不存在TSV應力以及散熱問題。所以按湯先生的說法：“2.5D技術可以代替3D的技術。”
2.5D扮演什么角色？
這也不免讓大家心中產生了另一個疑問：2.5D是不是3D中間的過渡技術？畢竟，當人們已經看到了下一代的技術的時候，就一定會覺得未來的會比較好。
“我們認為不是。實際上，2.5D與3D是兩種不一樣的架構。2.5D有自己的應用，它不一定被3D所代替。這跟手機是不一樣的，不是說3D就一定比2.5D好。”同時，湯先生也給記者們展示了一副圖片，圖上畫了一個分岔路口。一條路是2.5D的路，另外一條是通向3D的。他借此特別強調：“2.5D有自己的路要走，而且會一直走下去的。同時，賽靈思同樣看好不帶中介層的完全3D IC堆疊技術，我們也在與合作伙伴研發3D。”
“從實際情況來看，基于2.5D技術的Virtex-7 2000T FPGA產品為客戶帶來的好處非常多，比我們想象的還要多。”湯先生開心地說。不過，湯先生也透露，由于該產品的銷售情況比預期的好很多，他們也面臨著供貨的壓力。
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