繼今年7月賽靈思(Xilinx)公司宣布推出業(yè)界首款A(yù)SIC級(jí)可編程架構(gòu)UltraScale之后不到半年，首批基于該架構(gòu)的UltraScale器件目前就已正式發(fā)貨，體現(xiàn)了一家優(yōu)秀企業(yè)所具備的明確目標(biāo)和強(qiáng)大執(zhí)行力。Xilinx全球高級(jí)副總裁湯立人(Vincent Tong)說(shuō)，“我相信，當(dāng)客戶結(jié)合采用臺(tái)積電技術(shù)和UltraScale架構(gòu)，并通過(guò)Vivado設(shè)計(jì)套件和UltraFast設(shè)計(jì)方法進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化后，其產(chǎn)品將比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手提前一年實(shí)現(xiàn)1.5至2倍的系統(tǒng)級(jí)性能和可編程集成?！?
隨著需要極高數(shù)據(jù)速率的400G OTN、LTE/LTE-A、4K2K和8K視頻處理、以及數(shù)字陣列雷達(dá)等新生代系統(tǒng)的不斷涌現(xiàn)，時(shí)鐘歪斜、大量總線布置以及系統(tǒng)功耗管理方面的挑戰(zhàn)將會(huì)達(dá)到令人生畏的程度。因此，賽靈思將精力重點(diǎn)放在了解和滿足新一代應(yīng)用對(duì)于海量數(shù)據(jù)流、多Gb智能包處理、多Tb吞吐量以及低時(shí)延方面的要求，希望能夠從根本上提高芯片的通信、時(shí)鐘、關(guān)鍵路徑以及互聯(lián)性能。
之所以將UltraScale稱(chēng)為ASIC級(jí)可編程架構(gòu)，湯立人將其歸因于其中包含眾多ASIC要素。例如，針對(duì)海量數(shù)據(jù)流而優(yōu)化的寬總線支持多兆位(multi-terabit)吞吐量;多區(qū)域類(lèi)似ASIC的時(shí)鐘、電源管理和下一代安全性;高度優(yōu)化的關(guān)鍵路徑和內(nèi)置的高速存儲(chǔ)器串聯(lián)，消除DSP和包處理的瓶頸;二代3D IC系統(tǒng)集成芯片間帶寬的步進(jìn)功能;高I/O和存儲(chǔ)器帶寬，提供動(dòng)態(tài)時(shí)延縮短和3D IC寬存儲(chǔ)器優(yōu)化接口;Vivado工具消除布線擁堵和協(xié)同優(yōu)化，器件利用率超過(guò)90%等。
與前幾代可編程邏輯器件所采用的時(shí)鐘方案完全不同，Xilinx在UltraScale架構(gòu)中加入了類(lèi)似ASIC時(shí)鐘功能，不但消除了放置方面的眾多限制，還能夠在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)大量獨(dú)立的高性能低歪斜時(shí)鐘資源，而這正是新一代應(yīng)用的關(guān)鍵要求之一。
提高布線率，為UltraScale架構(gòu)引入類(lèi)似高速公路設(shè)計(jì)中的快速通道理念，以緩解數(shù)據(jù)擁塞問(wèn)題，則是該架構(gòu)具備的另一大亮點(diǎn)。這些新增的快速通道可供附近的邏輯單元之間傳輸數(shù)據(jù)，盡管這些單元并不一定相鄰，但它們?nèi)酝ㄟ^(guò)特定的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了邏輯上連接。這樣，通過(guò)UltraScale架構(gòu)提供的高布線效率，就能夠使可管理的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)上升。這意味著，只要設(shè)計(jì)合適，布局布線就沒(méi)有問(wèn)題。器件利用率將有望達(dá)到90%以上，且不降低性能或增加系統(tǒng)時(shí)延。
最新的Kintex UltraScale FPGA具有116萬(wàn)個(gè)邏輯單元、5,520個(gè)優(yōu)化的DSP Slice、76Mb BRAM、16.3Gbps背板收發(fā)器、PCIe Gen3硬模塊、100Gb/s集成以太網(wǎng)MAC與150Gb/s Interlaken IP核，以及DDR4存儲(chǔ)器接口。應(yīng)用目標(biāo)包括：8K/4K超高清視覺(jué)顯示器和設(shè)備、256通道超聲、帶智能波束成形功能的8X8混合模式LTE和WCDMA無(wú)線電、100G流量管理/NIC以及DOCSIS 3.1 CMTS設(shè)備。
而作為Virtex UltraScale系列中的最大器件，VU440具有440萬(wàn)個(gè)邏輯單元、1,456個(gè)用戶I/O、48個(gè)16.3Gb/s背板收發(fā)器以及89Mb BRAM，其容量已達(dá)到賽靈思業(yè)界最大容量Virtex-7 2000T器件的兩倍以上，再次打破行業(yè)記錄。此外，該產(chǎn)品還能提供驚人的5000萬(wàn)個(gè)ASIC等效門(mén)。Virtex UltraScale器件除包括集成式PCIe Gen3、100Gb/s以太網(wǎng)MAC和150Gb/s Interlaken IP核，以及DDR4存儲(chǔ)器接口外，還內(nèi)置有28Gb/s背板收發(fā)器和33Gb/s芯片至光纖收發(fā)器，直接面向單芯片400G MuxSAR、400G轉(zhuǎn)發(fā)器、400G MAC-to-Interlaken橋接器、仿真與原型設(shè)計(jì)等應(yīng)用。
