嵌入式 FPGA (eFPGA) 技术：革新 ASIC 与 SoC 设计

嵌入式 FPGA (eFPGA) 技术是一种高度自适应的解决方案，功能如同现成的 FPGA 芯片，在 ASIC 和 SoC 内部实现逻辑重构性。

嵌入式 FPGA 已进入主流生产，应用跨越无线基础设施、人工智能、智能存储甚至成本敏感型微控制器。作为 SoC 子系统——类比 CPU 或 DSP——它动态重构硬件逻辑，规模跨度从 1,000 到 500,000 查找表（LUT）。

为深入了解这一新兴可编程技术，EDN 采访了 Flex Logix Technologies IP 销售、市场与解决方案架构副总裁 Andy Jaros。Flex Logix 成立于 2014 年，声称提供高密度 FPGA 结构，在不施加繁重工程负担的前提下简化逻辑重构性。

我们首先询问 Jaros 该技术渊源。其职业生涯横跨 Arm、ARC、Motorola 和 Synopsys，拥有丰富行业经验。

历史：渐进式演进

将 LUT 嵌入 ASIC 的想法可追溯至 1990 年代，但因缺乏健壮工具链而停滞。传统 FPGA 依赖网格互连，消耗约 80% 硅面积。Flex Logix 联合创始人 Cheng Wang 通过开发分层互连解决此低效，面积减半，带来显著成本和占地节省。据公司称，其互连利用率达 90%，而网格设计典型值为 70%。

图 1：eFPGA 可轻松针对各种总线宽度优化。来源：Flex Logix

现状：强劲市场采纳

Flex Logix 的 eFPGA IP 极具通用性，支持广泛应用规模。因其表现如独立 FPGA，开发者可在几天内配置任意规模阵列。

Jaros 指出 ASIC 厂商兴趣日增：“将 FPGA 功能直接集成到 ASIC 可提升性能、降低功耗并减少整体系统成本。”这使设计团队能替换昂贵的离散 FPGA 或视用例完全消除它们。

传统依赖离散 FPGA 的系统集成商正与 ASIC 厂商合作探索 eFPGA IP。这种方法使他们保持在技术栈低层，加速功能推出。“在汽车 OEM 和一级供应商中，添加 RTL 可配置性的价值远超十年前，”Jaros 观察到。

嵌入神经网络加速器的高端 MCU——通常需 16,000 至 20,000 LUT——也转向 eFPGA 方案。混合信号设计师现在可附加可配置状态机，无需完整 MCU 及其软件生态的开销。

图 2：Flex Logix eFPGA 基于 EFLX 4K 瓦片，提供全逻辑或主要逻辑加少量买累加单元（MAC）两种版本。来源：Flex Logix

未来：与离散 FPGA 互补

存在误解认为 eFPGA 将蚕食离散 FPGA 市场。现实中，Intel 和 Xilinx 专注于数据中心应用的大规模、功能丰富 FPGA，捆绑 CPU 子系统等高端能力。“eFPGA 不威胁其核心业务，”Jaros 说。“他们视其为互补，我们未发现与传统 FPGA 厂商的冲突。”

供应链控制是另一驱动力：拥有专有 MCU 或 ASIC 的厂商可嵌入 eFPGA 逻辑，在不重新设计整颗芯片的情况下替换安全算法或自定义代码。

多家 IP 厂商提供 eFPGA 方案，随着制程节点从 180 nm 收缩至 3 nm，设计师越来越愿以适度面积增加换取更大可配置性。“预计未来五到十年流片的 90% 芯片将包含某种形式的 eFPGA 内容，”Jaros 总结。

>> 本文最初发表于姊妹站点 EDN。

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