Embedded FPGA (eFPGA) Technologie: Revolution im ASIC- und SoC-Design

Die Embedded FPGA (eFPGA) Technologie ist eine hochgradig anpassungsfähige Lösung, die wie ein Off-the-Shelf-FPGA-Chip funktioniert und Logik-Rekonfigurierbarkeit innerhalb von ASICs und SoCs ermöglicht.

Embedded FPGA hat die Mainstream-Produktion erreicht, mit Präsenz in drahtloser Infrastruktur, künstlicher Intelligenz, intelligentem Speicher und sogar kostensensitiven Mikrocontrollern. Als SoC-Subsystem – vergleichbar mit einer CPU oder DSP – rekonfiguriert es dynamisch Hardware-Logik über ein Spektrum von 1.000 bis 500.000 Look-Up-Tables (LUTs).

Um tiefere Einblicke in diese aufstrebende programmierbare Technologie zu gewinnen, sprach EDN mit Andy Jaros, VP of IP Sales, Marketing and Solution Architecture bei Flex Logix Technologies. Gegründet 2014, behauptet Flex Logix, hochdichte FPGA-Fabric zu liefern, die Logik-Rekonfigurierbarkeit ohne schwere Engineering-Last vereinfacht.

Wir begannen, Jaros nach den Wurzeln dieser Technologie zu befragen. Mit einer Karriere, die Arm, ARC, Motorola und Synopsys umfasst, bringt Jaros umfangreiche Industrieerfahrung mit.

Historie: Eine graduelle Evolution

Während die Idee, LUTs in ASICs einzubetten, bis in die 1990er Jahre zurückreicht, scheiterte die praktische Adoption an fehlenden robusten Tools. Traditionelle FPGAs verlassen sich auf ein Mesh-Interconnect, das etwa 80 % der Siliziumfläche verbraucht. Flex Logix Mitgründer Cheng Wang adressierte diese Ineffizienz durch Entwicklung eines hierarchischen Interconnects, der die Fläche halbiert und substanzielle Kosten- und Footprint-Einsparungen bietet. Laut Unternehmen erreicht deren Interconnect 90 % Auslastung gegenüber typischen 70 % bei Mesh-Designs.

Gegenwart: Starke Marktadoption

Flex Logix' eFPGA-IP ist bemerkenswert generisch und unterstützt eine breite Palette von Anwendungsgrößen. Da es sich wie ein eigenständiges FPGA verhält, können Entwickler Arrays beliebiger Skalierung in nur wenigen Tagen bereitstellen.

Jaros stellt wachsendes Interesse von ASIC-Unternehmen fest: „Die direkte Integration von FPGA-Funktionalität in einen ASIC verbessert Performance, senkt Stromverbrauch und reduziert Gesamtsystemkosten.“ Dies erlaubt Designteams, teure diskrete FPGAs zu ersetzen oder ganz zu eliminieren, je nach Use Case.

Systemintegratoren, traditionell auf diskrete FPGAs angewiesen, erkunden nun eFPGA-IP in Partnerschaft mit ASIC-Anbietern. Dieser Ansatz hält sie in den unteren Stack-Ebenen und beschleunigt Feature-Rollouts. „Bei Automobil-OEMs und Tier-1-Zulieferern ist die Fähigkeit, RTL-Konfigurierbarkeit hinzuzufügen, weit wertvoller als vor einem Jahrzehnt“, beobachtet Jaros.

High-End-MCUs, die neuronale Netzwerk-Beschleuniger einbetten – typischerweise 16.000 bis 20.000 LUTs erfordern – wenden sich ebenfalls eFPGA-Lösungen zu. Mixed-Signal-Designer können nun eine konfigurierbare Zustandsmaschine anhängen, ohne den Overhead eines vollständigen MCUs und dessen Software-Ökosystem.

Zukunft: Komplementär zu diskreten FPGAs

Es besteht der Irrglaube, dass eFPGA den diskreten FPGA-Markt kannibalisiert. In Realität fokussieren Intel und Xilinx auf großskalige, feature-reiche FPGAs für Rechenzentrumsanwendungen, bündeln CPU-Subsysteme und andere High-End-Fähigkeiten. „eFPGA bedroht ihr Kerngeschäft nicht“, sagt Jaros. „Sie sehen es als komplementär an, und wir haben keinen Konflikt mit traditionellen FPGA-Anbietern gefunden.“

Supply-Chain-Kontrolle ist ein weiterer Treiber: Hersteller mit proprietären MCUs oder ASICs können eFPGA-Logik einbetten, um Sicherheitsalgorithmen oder Custom Code auszutauschen, ohne den gesamten Chip neu zu designen.

Mehrere IP-Anbieter offerieren eFPGA-Lösungen, und mit schrumpfenden Prozessknoten – von 180 nm bis 3 nm – sind Designer zunehmend bereit, einen moderaten Flächenzuwachs für größere Konfigurierbarkeit einzutauschen. „Wir erwarten, dass 90 % der Chips, die in den nächsten fünf bis zehn Jahren auf Tape-out gehen, irgendeine Form von eFPGA-Inhalt integrieren werden“, schließt Jaros.

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich auf unserer Schwesterseite EDN veröffentlicht.

Verwandte Inhalte

• Qomu MCU und eFPGA Dev Kit passen in USB-Port
• QuickLogic hat neues automatisches eFPGA-Erstellungstool
• Open-Source-Tools vereinfachen FPGA-Programmierung
• FPGAs zielen auf Edge AI Computing Designs
• Embedded Design mit FPGAs: Hardware-Ressourcen

Für mehr Embedded abonnieren Sie den wöchentlichen E-Mail-Newsletter von Embedded.