La famiglia di FPGA PolarFire di Microsemi
Microsemi Corporation ha annunciato la disponibilità di una famiglia di FPGA (Field Programmable Gate Array), PolarFire, ottimizzata anche in termini di costi.
La nuova linea PolarFire, composta da FPGA con densità tipica dei dispositivi mid-range, garantisce i consumi più bassi della categoria i più elevati livelli di sicurezza ed affidabilità, integrando a bordo inoltre transceiver SerDes (Serializzatori/Deserializzatori) operanti a 12,7 Gbps (max).
Questa linea di prodotti è ideale per l’uso in una vasta gamma di applicazioni nei settori delle reti di accesso e delle infrastrutture wireless, in quelli della difesa e dell’aviazione commerciale, oltre che alle applicazioni nell’ambito di Industry 4.0, fra cui automazione industriale e Internet of Things (IoT).
“Questa famiglia di FPGA modifica in maniera sostanziale la percezione del mercato nei confronti delle tradizonali FPGA mid-range” – ha sostenuto Bruce Weyer, vice president e business unit manager di Microsemi. “Per la prima volta una FPGA basata su technologia Flash, offre in aggiunta ai vantaggi tecnologici legati al suo utilizzo, riduzioni in termini sia di costi che di consumi rispetto agli FPGA basati su tecnologia SRAM che integrano transceiver operanti a 10 Gbps. Ciò da un lato assicura quella differenziazione necessaria per soddisfare le crescenti esigenze e la continua evoluzione dei prodotti sviluppati dai clienti mentre dall’altro permette di riempire un vuoto creatosi nel mercato”.
Gli FPGA della linea PolarFire consentono a Microsemi di aumentare il mercato potenziale (addressable market) dei propri FPGA e portarlo oltre $2,5 miliardi, in quanto questi dispositivi possono essere utilizzati anche in quei segmenti solitamente appannaggio di componenti programmabili di fascia media.
Le caratteristiche innovative di questi nuovi dispositivi programmabili, inoltre, consente a Microsemi di perseguire una strategia finalizzata a un continuo aumento della propria presenza nel settore delle infrastrutture di comunicazione.
Oggigiorno le infrastrutture cellulari e le reti di accesso sono soggette a una rapida trasformazione in quando devono trasportare quantità di contenuti sempre maggiori (dell’ordine dei terabyte) ai consumatori a fronte di una riduzione sia dei costi operativi (Opex) che di quelli in conto capitale (Capex), sia delle emissioni di anidride carbonica che dell’inquinamento termico.
Gli FPGA della serie PolarFire di Microsemi mettono a disposizione funzioni di elaborazione per supportare un numero crescente di porte operanti a 10 Gbps con costi decisamente competitivi e con consumi ridottissimi.
Questi nuovi FPGA sono in grado di affrontare in maniera efficace due problematiche sempre più avvertite, ovvero le minacce alla sicurezza informatica ed i rischi legati all’affidabilità dei sistemi che utilizzano FPGA basati su tecnologia SRAM in deep submicron al verificarsi di fenomeni di SEU (Single Event Upset) nella loro memoria di configurazione (tale fenomeno provoca il cosiddetto bit-flip, ovvero la commutazione del valore logico immagazzinato in una o più celle).
Questi nuovi dispositivo rappresentano la soluzione ideale per un gran numero di applicazioni nel mercato delle comunicazioni per le reti di accesso cablate, la periferia della rete (network edge) e le reti metropolitane (1-40G); reti wireless eterogenee, backhaul wireless, moduli ottici “intelligenti” e broadcasting video.
Questi dispositivi possono essere anche impiegati in numerose applicazioni tipiche dei mercati della difesa e aerospaziale: tra queste si possono annoverare cifratura e RoT (Root of Trust), comunicazioni wireless sicure, radar ed EW (Electronic Warfare), connessioni in rete di velivoli, sistemi di azionamento e controllo.
Nel settore industriale questi nuovi FPGA possono essere impiegati in applicazioni quali automazione e controllo di processo, analisi ed elaborazioni nel campo della visione artificiale, controllori logici programmabili, networking industriale ed elaborazione di immagini e video.
“Grazie all’introduzione degli FPGA della linea PolarFire gli utenti possono evitare il ricorso a FPGA caratterizzate da costi e consumi più elevati per poter ottenere le prestazioni offerte dai transceiver operanti fino a 12,7 Gbps richiesti in molte applicazioni– ha spiegato Shakeel Peera, senior director per il marketing dei prodotti SoC di Microsemi – e sfruttare contemporaneamente tutti i vantaggi offerti dai nostri dispositivi, ovvero consumi ridottissimi, alta affidabilità ed elevata sicurezza. Abbinando la disponibilità degli FPGA PolarFire ottimizzati in termini di costi con l’ampio portafoglio di prodotti ASSP (Application-Specific Standard Product) di Microsemi è possibile realizzare soluzioni end-to-end per applicazioni di temporizzazione, sincronizzazione, elaborazione del segnale vocale, memorizzazione dati, transporto e commutazione di reti OTN (Optical Transport Network), e per la gestione della potenza in numerosi segmenti di mercato”.
Microsemi è stata attivamente impegnata con alcuni clienti selezionati che hanno aderito al suo EAP (Early Access Program) ed hanno iniziato ad adottare questa nuova famiglia di prodotto.
“Oltre a sviluppare prodotti avanzati ed innovativi per i settori della compressione video, delle comunicazioni, della misura e del collaudo, del networking e del consumer, A2e Technologies fornisce anche blocchi IP (Intellectual Property) e servizi di progettazione alla base clienti di Microsemi” ha detto Allen Vexler, CTO di A2e Technologies. “La possibilità di utilizzare FPGA come quelle annunciate da Microsemi che assicurano prestazioni più elevate nell’elaborazione dei segnali ed ampie risorse in termini di I/O, a fronte di consumi veramente ridotti, ci permette di rivedere le soluzioni architetturali adottate fino ad oggi nei per lo streaming video utilizzati in applicazioni quali sistemi di sorveglianza, droni e DVR aprendo cosi’ tutta una serie di nuove possibilità”.
FPGA PolarFire: caratteristiche e vantaggi
In collaborazione con Silicon Creations, Microsemi ha sviluppato transceiver operanti a 12,7 Gbps ottimizzati in termini di ingombri e caratterizzati da bassi consumi: a una velocità di 10 Gbps il consumo totale di potenza è inferiore a 90 mW.
Grazie a caratteristiche quali consumo di potenza statica di soli 25 mW (per 100k elementi logici), assenza di corrente di spunto e modalità Flash*Freeze che permette di ottenere un consumo in stand-by di 130 mW (a 25 °C), a parità di applicazione i dispositivi della linea PolarFire consumano fino al 50% in meno rispetto ad analoghi FPGA presenti sul mercato.
Microsemi mette anche a disposizione tool per la stima dei consumi in grado di stimare il consumo di potenza dei progetti. Dopo l’implementazione, il tool SmartPower Analyzer può essere utilizzato per analizzare dettagliatamente i consumi del progetto.
Questa serie di FPGA assicura anche i più elevati livelli di affidabilità grazie all’immunità intrinseca ai fenomeni SEU della memoria di configurazione.
Tra le altre caratteristiche che contribuiscono ad aumentare l’affidabilità si possono annoverare il supporto della tecnica SECDED (Single Error Correction/Double Error Detection), l’uso delle tecniche di interlacciamento nella memorie (memory interleaving) disponibili a bordo LSRAM (Large Static Random Access Memory) e la possibilità di monitorare le circuiterie a bordo mediante la modalita’ “suspend mode” richiesta nei progetti di tipo “safety critical”.
Sfruttando le competenze acquisite da Microsemi nel settore della sicurezza, le FPGA della serie PolarFire integrano a bordo funzionalità di protezione mediante tecniche DPA (Differential Power Analysis) brevettata da Cryptography Research INC. (CRI), funzione PUF (Physically Unclonable Function) 56 kb di memoria flash, eNVM (embedded Non-Volatile Memory), rilevatori contro il reverse engineering e relative contromisure, generatore di numeri casuali TRNG (True Random Number Generator), coprocessore crittografico TeraFire EXP5200B di Athena e il trasferimento della licenza sui brevetti acquisiti da Microsemi relativamente alle contromisure contro attacchi condotti mediante tecniche DPA sviluppate da CRI.
L’architettura dei dispositivi, ottimizzata in termini di costi, utilizza il processo per memorie non volatili SONOS (Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) da 28 nm compatibile con le tecnologie CMOS standard.
Gli FPGA della serie PolarFire integrano transceiver con prestazioni ottimizzate operanti a velocità di 12,7Gbps contraddistinti da bassi consumi e ingombri ridotti, la logica “gearbox” negli I/O per la memorie DDR (Double Data Rate) e per segnali LVDS (Low Voltage Differential Signal) che gestisce efficacemente il trasferimento dei dati nella struttura dell’FPGA ad una velocità compatibile con le successive elaborazioni, blocco IP di sicurezza ad alte prestazioni e, unici fra tutti i dispositivi mid-range a basso consumo, I/O operanti a 1,6 Gbps con funzioni di ripristino del clock dai dati (CDR – Clock and Data Recovery).
Software e IP
La suite per la progettazione Libero SoC di Microsemi garantisce un’elevata produttività nella progettazione con gli FPGA PolarFire grazie alla presenza di tool di sviluppo di semplice comprensione e di facile utilizzo.
Questa suite contiene un flusso di design completo che comprende il tool di sintesi SynplifyPro di Synopsys e il simulatore ModelSim di Mentor Graphics che supporta più linguaggi (mixed-language) HDL, il Constraint Manager per la gestione ottimizzata dei vincoli sulle tempistiche ed il floor-planning, oltre a SmartDebug, tool unico nel nel suo genere per il debug del progetto delle FPGA di Microsemi.
Sono disponibili per l’impiego con questa nuova serie di FPGA le più diffuse soluzioni IP quali, 1G Ethernet, 10G Ethernet, interfacce conformi allo standard JESD204B, interfacce per svariariati tipi di memorie DDR, IP per il collegamento mediante interfacce AXI4 e molti altri.
Altre caratteristiche chiave della famiglia PolarFire
• Connettività seriale ad alta velocità grazie a transceiver integrati che supportano numerosi protocolli e possono operare a velocità comprese tra 250 Mbps a 12,7 Gbps
• Fino a 481k LE (Logic Elements) formati da una logica combinatoria a 4 ingressi, LUT (Look Up Table), con un flip-flop di tipo D che possono essere usate separatamente
• Fino a 33 MBs di RAM
• Fino a 1480 blocchi MAC (moltiplicatore ed accumulatore) 18×18 con pre-sommatori integrati in hardware (hardened)
• Due interfacce PCIe x4 integrate in grado di supportare RP (Root Port) ed EP (End Point) tipo Gen2.
• I/O ad alta velocità (HSIO) che supportano memorie DDR4 (1600 Mbps), DDR3L (1333 Mbps) e LPDDR3/DDR3 (1333 Mbps) con logica “gearbox” integrata negli I/O
• I/O di tipo general purpose (GPIO) con logica “gearbox” di I/O integrata che supportano livelli di tensioni fino a 3,3V ed integrano al loro interno funzioni di ripristino del clock dai dati (CDR) per Gigabit Ethernet seriale (SGMII), DDR3 (1067 Mbps) e LVDS (1600 Mbps)
Per informazioni: www.microsemi.com/polarfire
