赛灵思打造FPGA巨无霸

68 亿个晶体管，200 万个逻辑单元，相当于2000万个ASIC门，赛灵思公司近日推出一款FPGA巨无霸——Virtex-7 2000T。它的基本性能参数创造了FPGA业界的新纪录。而这些突破性性能的获得，都仰赖于赛灵思的堆叠硅片互联技术（SSI）的应用。

图1 Virtex-7 2000T

堆叠硅片互联技术（SSI）是赛灵思公司与TSMC公司在2011年10月共同推出的一种新的封装技术，通过采用3D封装技术和硅通孔 (TSV) 技术，在单个封装中集成多个 FPGA 芯片，实现突破性的容量、带宽和功耗优势，以满足那些需要高密度晶体管和逻辑，以及需要高处理能力和带宽性能的应用，该封装工艺计划将赛灵思28nm的Virtex-7系列的4个FPGA芯片通过SSI封装技术集成到一个芯片上，从而突破了摩尔定律的界限，为电子产品制造商系统的大规模集成提供了功耗、带宽和密度优化。赛灵思推出SSI技术时称，将在一年后推出基于该技术的28nm FPGA产品Virtex-7 2000T。如今，赛灵思兑现当初的承诺，准时推出了这款巨无霸产品Virtex-7 2000T。

在这次推出Virtex-7 2000T产品的时候，赛灵思修正了对于一年前3D封装技术的说法，并把堆叠硅片互联技术确切定位为2.5D封装技术。赛灵思公司全球高级副总裁、亚太区执行总裁汤立人（Vincent Tong）先生详细解释了2.5D与3D封装的区别和应用前景。

3D封装技术是把不同的IC堆叠在一起。每个IC都有晶体管，都是主动的，有功耗，需要电源。而2.5D封装技术是将这两个主动IC放到被动的介质上，通过被动介质的连接层把两个IC连接起来。因为连接两个IC的介质层不需要电源，没有晶体管，因而具有独特的功耗优势，这也就是赛灵思所说的SSI——堆叠硅片互联技术。赛灵思在一年前推出SSI技术的时候，整个业界对于什么是真正的3D封装技术的定义还没有明确和统一的概念，因此他们统称SSI技术为3D封装技术，而随着技术的发展，目前业界对3D封装技术的定义已经明确，因此赛灵思重新修正了对SSI技术的说法，更确切地将其定位为2.5D封装技术。

如果现在想要在FPGA产品上采用真正的3D技术会面临很大挑战。Vincent解释说，首先， 3D是垂直的堆叠，把两个主动IC用微凸块（micropum）连在一起时，两个芯片本身的膨胀系数不一样，会产生应力，对中间连接的micropump造成影响。第二，硅通孔(TSV)有应力在，会影响周围晶体管的性能。第三，热管理问题，两个主动的IC放在一起，散热就成为很大的问题。而2.5D技术的硅中介层是被动的，不存在TSV应力以及散热问题。Vincent还强调，2.5D技术并不是3D技术中间的过渡技术，也不是说3D就一定比2.5D好，而是各有各的应用市场。目前3D技术仅用于存储器的集成。赛灵思也在与合作伙伴研发真正的3D技术。

图2 SSI封装技术剖面图

Virtex-7 2000T对于拓展FPGA业务发展有着重要的意义，它可替代ASIC和ASSP，替代2000万门的ASIC产品。ASIC的NRE费用越来越贵，想做28nm的ASIC，需要投入5000万到6000万美金，比40nm ASIC投资增加了40%。其次。Virtex-7 2000T在集成度方面非常成功，在功耗、性能、成本方面具有良好的性价比。

根据摩尔定律，28nm的FPGA最大也只拥有大概100万逻辑单元，但是通过堆叠互联技术，FPGA可以达到200万逻辑单元，并且，现在就可以供货，客户可以马上着手高性能ＦＰＧＡ的设计。Virtex-7 2000T FPGA共有68亿个晶体管，而半导体行业最大的CPU只能达到30亿左右。2000T共有2160个DSP，每个DSP可以运行到700MHz。2000T有明显的功耗优势，不高于20W。Vincent说，目前2.5D上所有晶片都是同构的。将来2.5D技术可以做到异构。

赛灵思28nm采用的28HPL（高性能低功耗工艺）也为2.5D技术的采用提供可靠性的保障，将以前做原型设计需要的十几个小时缩短为3个小时左右，平行编译时间加快4倍。而智能系统设计工具，让设计更容易。赛灵思目前提供一个可下载到iPhone的应用程序——功耗预估器（PPE， Power Performance Estimitor）进行准确的功耗估计。赛灵思公司产品市场营销总监Brent Przybus为大家现场演示了Virtex-7 2000T的运行功耗情况。在运行之前，通过功耗预估器预算它的功耗是22.7W。在打开全部3600个处理器同时运行时，实际功耗测得19.542W。对于一个200万逻辑单元2000万门的设计，运行在100MHz功耗控制在20W以内是非常大的创举。

Vincent还讲到，Virtex-7 2000T已经开始供货，已经有日本的一家厂商用该产品来做裸眼3D TV。