潜力无限的FPGA，Lattice蓄势待发！
在过去十年里，全球FPGA市场共售出了约50亿片，预计未来这一数字将持续增长。作为全球FPGA出货量最大的公司，Lattice Semiconductor（莱迪思半导体）估计，在接下来的十年中，FPGA的总需求量将达到100万片。FPGA的应用领域已从传统的网络通信和存储领域，扩展到工业和车载应用，甚至还涉足了视频图像处理等新兴领域。如今，FPGA的应用场景几乎无处不在。
在过去十年里，全球FPGA市场共售出了约50亿片，预计未来这一数字将持续增长。作为全球FPGA出货量最大的公司，Lattice Semiconductor（莱迪思半导体）估计，在接下来的十年中，FPGA的总需求量将达到100万片。FPGA的应用领域已从传统的网络通信和存储领域，扩展到工业和车载应用，甚至还涉足了视频图像处理等新兴领域。如今，FPGA的应用场景几乎无处不在。
Lattice推出两款中端FPGA：剑指高端和互联
在这样的背景下，Lattice正在快速扩展产品组合，推出了两款创新中端的FPGA：Lattice Avant-G和Lattice Avant-X，来满足人工智能、互连和安全领域的关键应用需求。
在说这两款新产品之前，我们有必要先来了解下Lattice的Avant这款平台。Avant是Lattice屡获殊荣的中端平台，它基于台积电16nm FinFET工艺，主要优势在于低功耗、先进的互联互通，以及专门对DSP做了优化计算，提供了更多灵活性。具体而言：
低功耗：专为低功耗设计的可编程架构，同时对嵌入式存储器和DSP实现了功耗优化。在外围通信方面，提高了SERDES的效率，以及高速I/O的比例和宽位I/O，以及更多的内置协议逻辑，可降低系统整体功耗。 先进的互联：Avant可以支持25G SERDES的收和发，与此同时还嵌入了专用的PCIe Gen4×8的控制器。从可编程的I/O来看，除了支持以往通常的协议外，Avant还专门提供了支持DDR5高速存储器的接口。 优化计算：针对AI推理进行优化的增强型DSP，在片内灵活的分布式嵌入式存储器，此外，还增加了安全引擎和先进的加密算法。 Avant平台在Lattice加速FPGA创新的过程中起着很重要的作用，相比Lattice推出更早的Nexus平台来说，Avant将其FPGA容量增加了5倍，带宽提升了10倍，处理能力提高30倍。与竞品相比，Avant功耗最多降低2.5倍，速度增加2倍，由于功耗的控制，在同样的规模下，Lattice能够提供更小的封装，尺寸上可以实现缩小6倍。
基于Avant平台，Lattice在去年（2022）12月发布了专为网络边缘优化的低功耗FPGA产品Avant-E，如今，Lattice在Avant-E的基础上继续延伸，推出了Avant-G和Avant-X。
其中Avant-G比较适合于尖端通用的FPGA。Avant-G的关键系统特性包括领先的信号处理和AI、高度灵活的I/O可以支持各种系统的接口，支持外挂的LPDDR4，速率可以到2400Mbps。莱迪思Avant-G器件提供12.5G SERDES，最高支持PCIe® Gen 3和10G以太网。由于它的SERDES速度以及高速I/O的嵌入式存储器速度更高，比较适合桥接的功能，以及系统的扩展性，也可以适合于不同的规模。
Avant-X则是一种更高级的、先进的互连FPGA。Avant-X高级互连FPGA旨在实现高带宽和安全性，其功能集可根据客户对信号聚合和高吞吐量的需求量身定制。莱迪思Avant-X器件提供25G SERDES，最高支持PCIe Gen 4和25G以太网，同时支持DDR5存储器和先进的用户逻辑访问安全性。
可以看出，这两款FPGA新品对于互联进行了很重要的提升。对此，莱迪思亚太区现场技术支持总监蒲小双告诉笔者，最新发布产品中SERDES性能的显著提升，主要源于对外通信需求的增长。以工业摄像头为例，其需求已从原先的10G扩展至20G，甚至在一些高清分辨率应用中，需求量达到了100G以太网。例如，户外广告的视频分辨率已从1080P升级至4K/60或4K/122。这些进步都需要更高速度的SERDES。此外，如果能够提供既高速又功耗优化的SERDES，对客户而言将更具吸引力。这正是Avant平台在互联互通性能不断提升的背后原因。
此次Avant-G和Avant-X的发布对于Lattice而言是一个大的里程碑。莱迪思半导体亚太区总裁徐宏来表示：“过往Lattice的产品最高的计算量只能到150K，而Avant的E/G/X的计算量达到了500K，SERDES速度也有很大的提高，这将为Lattice打开更广阔的市场。”值得一提的是，得益于Lattice对产品和方案的不断升级和增加，自2018年以来，莱迪思生态系统扩大了5倍，Lattice现在为全球超过1万家的客户提供服务。
引领从网络边缘到云端实现创新 据徐宏来分析说，从技术发展的大趋势来看，目前有两个关键领域是驱动FPGA市场发展的主要因素：AI和安全性。 AI对FPGA的影响远不止是功能、特性或算力接口的单一方面。由于AI技术的持续创新和应用范围的不断扩大，导致了以前不必要的传感器数据现在必须被接入并处理，从而增强用户设备的智能性。 FPGA的另一个重要功能是应对日益增长的安全需求，特别是在服务器和个人计算机上。目前市场对防火墙的需求已经扩展到PC领域，包括医疗和汽车行业。以前的安全防护措施，多集中在软件或内核等层面，而未涉及到防火墙。但由于防火墙能有效利用后门，FPGA所提供的“最先上电、最后断电”的安全保护，具有快速反应时间，不仅在工业和汽车控制系统中至关重要，在其他应用领域也展现出巨大的发展潜力。 所以，Lattice的技术创新主要集中在网络边缘、传感器到云端的互联互通以及网络安全等领域。得益于Avant-G和Avant-X新硬件产品的性能提升，Lattice正在解决这些行业应用的挑战和难题，并实现低功耗上的创新。 在网络边缘AI领域，关键的应用和挑战是实时响应和人工智能的应用。得益于其SERDES技术支持更高速的协议，Lattice在视频互联领域实现了性能的双倍提升。在AI推理方面，通过先进的计算机视觉和网络边缘人工智能软件，相比传统MCU，Lattice FPGA能够提升35倍。此外，Avant-G/X，由于使用高能效的存储接口，使得功耗降低2.5倍。这种低功耗设计不仅延长了电池寿命，还有助于提升系统的稳定性。 来到云端的互联互通方面，随着工业发展，摄像头类型和接口日益增多，速度也在不断提升。这就需要灵活的传感器桥接方案和SERDES标准连接，如PCIe。Lattice的最新产品特别适合于工业摄像头的小尺寸需求，低功耗特性在工业散热不佳条件下尤为重要。可以看出，相比其他产品，Lattice的FPGA数据路径连接功耗最大可以降低2.5倍。
在安全机制方面，Lattice持续创新，如PFR（平台固件保护恢复）和数据保护等功能。Lattice不仅提供软件层面的保护，还加强了底层安全。这些改进增强了安全性、加密的灵活性，并能应对后量子时代的威胁。在上电方面，与其他竞品相比，Lattice的Avant-G FPGA的上电速度极快，可在50毫秒内完成，配置速度提高10倍。
Lattice携史上最强产品组合进军更广阔市场 “两大平台、六大解决方案、四大软件”，Lattice来到了有史以来最强大的产品组合。这一组合使Lattice在充满潜力的FPGA市场中蓄势待发。
专注核心，Lattice目前集中精力推广Nexus和Avant两大平台：一、Nexus平台基于28纳米的FD-SOI工艺，代表性产品有CrossLink-NX FPGA；二、Avant是Lattice中端FPGA平台，除了已有的Avant-E、Avant-G和Avant-X产品外，Lattice还在进行后续产品的积极研发。在FPGA芯片层面，据蒲小双的介绍，Lattice专注在三方面进行创新：一个是实现提高芯片速度，二是提高敏捷性，以及延长生命周期。
针对多样化的市场需求，Lattice构建了六大解决方案。这包括为AI应用量身定制的Lattice sensAI、专注于嵌入式视觉的Lattice mVision、针对工厂自动化的Lattice Automate、提供平台固件保护恢复功能的Lattice Sentry、支持5G ORAN部署的Lattice ORAN，以及旨在实现先进自适应汽车设计的Lattice Drive。
在软件和开发工具方面，Lattice亦不遗余力。原本以DIAMOND平台为核心的软件产品线，现正逐步迁移到更为创新的Radiant软件平台。此外，还包括专为嵌入式MCU设计的Propel软件，以及Lattice收购的先进计算机视觉软件Glance by Mirametrix®。徐宏来指出：“对FPGA来讲，一个好的FPGA硬件只占40%，而更多的是在它的工具+软件IP能够更好地被客户应用起来。所以随着FPGA性能的增加，我们在软件、工具包括应用方案的改进上的投入会增加。”
总的来说，Lattice的这一系列举措不仅巩固了其在FPGA领域的领导地位，更为公司在高科技市场中的长期成功奠定了坚实基础。在未来，我们可以期待Lattice继续以其创新精神和市场洞察力，推动FPGA技术的进一步发展，为世界带来更多创新和变革。