隨著科技的演變，造就了工業自動化和 5G 以及 IOT 等科技趨勢的蓬勃發展，不同產業的開發人員都開始尋求為網路邊緣應用添加處理和互連功能。為了順應這些趨勢，因此元件更需要採用支援 PCIe 和高速 Ethernet 等介面的低功耗來處理硬體。也要考量設備開發人員更需要易於使用、具備單一來源的開發平台，並為他們提供能快速推出產品所需的硬體、軟體和 IP 調用。
圖1：智慧工廠
然而在 5G 和雲端的持續成長下，無論是機器視覺影像，亦或是影像邊緣處理等，皆為智慧居家、智能工廠、智慧汽車等多項智慧的應用，而隨著趨勢的演變，大多數較傾向於機體小的產品，也更追求的是高性能及低功耗。
Certus-NX 將萊迪思 Nexus FPGA 技術平臺的優勢帶到了新市場，主要應用於 PCI Express 和 Ethernet 介面的互連。此系列目前分為兩種，分別 17K 和 40K 邏輯單元 ( Logic Cells )。較大容量的 Certus-NX-40 可提供 PCIe Gen2 介面，也可連接主機處理器、無線或有線通信晶片以及其他許多器件。兩種型號均通過 Hard code 支援 Ethernet，這將提高了性能和效率。Certus-NX 的封裝尺寸小的同時，I/O 數量也增加。
Nexus 平台的獨特之處在於採用了 FD-SOI 工藝。Certus-NX 的配置時間大大地縮短，能夠讓系統快速啟動。而此器件同時擁有驗證和加密硬體模組提升更多的安全性。 FD-SOI 簡單介紹，可參考另一篇文章介紹 《麻雀雖小影像俱全：Lattice全新CrossLink-NX FPGA 出爐！》
表1. Lattice Certus-NX 系列與其他廠牌比較
如表 1 所示與 x 牌和 A 牌的相似款 FPGA 產品相比，Certus-NX 的尺寸明顯縮小許多。在同類型的 FPGA I/O 的體積密度比較下，Certus-NX 也是相對的多了許多。
Certus-NX 主要的應用市場在於各類控制和計算應用為出發點，包括在網路邊緣運行的自動化工業設備以及 5G 通信基礎設施和雲端資料中心。此顆 FPGA 可以處理多種通訊協議，而它的安全特性非常適合聯網設備。在許多情況下，Certus-NX 能在執行通信任務時分擔神經網路（AI）的負載。Certus-NX 還可以連接到模擬電機和感測器。
圖2. Certus-NX 內部結構圖
Certus-NX FPGA 大大的提升了靈活的 I/O 使用，並也實現許多種協議。此器件多達 39K 邏輯單元，可為各類設計提供足夠的邏輯，可充分使用嵌入式 DSP 實現神經網路或其他加速功能。另外，在加密方面，其硬體加密模組可加速啟動代碼身份驗證的橢圓曲線（ECDSA）加密和 AES 批量加密演算法。該晶片還包括用於時鐘和資料恢復（CDR）的硬核心，更支援高達 1 Gbps 的乙太網資料傳輸速率，進而大大提升了 Ethernet 設計。Certus-NX 還可以實現與外部 PHY 晶片的 SGMII 連接。
如圖 2 所示，Certus-NX 包括 PCIe Gen2 控制器的硬邏輯用於高速通信。該介面可連接單個速率高達5 Gbps的通道。兩種型號都有兩個 12 位 SAR 寄存器型模數轉換器（ADC），速率高達每秒一百萬個採樣（Msps）。對於其他協定，該晶片的可程式設計I/O可以實現高達1.5Gbps的單個介面和差分介面，包括LVDS、subLVDS 和 DRAM （最高為DDR3-1066）。對於這些介面，必須使用LUT資源實現控制器。晶片的邏輯結構包括 LUT、嵌入式記憶體和用於 DSP 功能的 18 x 18 位乘法器。晶片邏輯機構外擁有一個大型 RAM，可提供高達 2.5 Mbit 的額外存儲空間。
產品比較
Certus-NX-40 與市場上的其中兩款產品做個簡單列表，與 X 牌和 A 牌的相似款 FPGA 產品相比。後兩者都是具有硬核 PCIe 介面、採用 28nm CMOS 工藝的 FPGA。如表2所示，這兩款競品的總存儲容量略大，對應的 I/O 腳位也較多，同時還提供更多的 DSP 模組。X 牌與 A 牌兩個 PCIe Gen1 通道可以提供相同的總頻寬，可它未提供 PCIe Gen2 支援。儘管 Certus-NX 的邏輯單元略少，但它的存儲空間大，既有嵌入式記憶體又有外部的大型記憶體，使其能夠緩衝更多資料或存儲更大的神經網路。Certus-NX 在加密方面更為突出，它可提供使用者模式 AES 加速以及 FPGA 配置位元流的驗證（ECDSA）和加密，並且 I/O 密度約是它們的兩倍。Certus-NX 的 I/O 速度相當高，而其封裝尺寸僅為其他產品的三分之一，可大大節省電路板面積。
表2. CrossLink-NX 系列與其他廠牌規格比較
應用概略介紹
圖3. Lattice PCIe to SGMII Block Diagram
PCIe到SGMII橋接
- 通過 PCIe Gen2 將處理器橋接至SGMII
- 小型封裝小至 6x6 mm，支持 PCIe 和 SGMII
- PCIe Gen2 和 SGMII CDR 硬核模組簡化開發
圖4. Lattice Motor Control Block Diagram
馬達控制
- 提升馬達控制功能的效率和性能
- 器件支援工業溫度等級
開發軟件工具 - Power calculator Tool
常常是否在設計與使用 AI 產品或其他工業應用時，都會想了解 IC 使用的功耗大不大? 會不會很耗電?
Cetux-NX 將可透過 Lattice Radiant 來進行軟體開發，其中Lattice Radiant 軟件包含一個電源計算器工具 ( Power calculator Tool ) 如圖 5 所示，此工具可以清楚的分析 Certus-NX 器件的功耗。Lattice Power Calculator 它可提供兩種模式：用於假設分析的估計模式，以及通過導入 UDB 設計文件來實現更精確的特定於應用程序的功耗的計算模式，快速又準確地執行每個計算。在“Estimation Mode”下運行“Power calculator”工具時，可以提供各種組件的利用率的估計，並且該工具可以提供功耗的估計。這是一個好的開始，尤其是對於假設分析和設備選擇。
另外，“Calculation Mode”是一種更準確的方式，可以通過導入布局佈線設計文件或 UDB 文件來導入實際的設備利用率。此外，Power Calculator支持追蹤報告或 TWR 導入等功能，以獲取各種時鐘頻率。追蹤報告僅包含在首選項文件中受限制的時鐘網絡的頻率。
圖5. Capture by Lattice Radiant Power Calculator
參考資料與圖片來源
1. Certus-NX: Low-Power General Purpose FPGA
http://www.latticesemi.com/en/Products/FPGAandCPLD/Certus-NX
2. Certus-NX引領通用FPGA創新https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4NDQzNDMxMg==&mid=2247485973&idx=1&sn=661213d8f2716c483183c56958e4de4c&chksm=ebfac0f2dc8d49e4995b6f1d1a0493a4251344c86df322d3a759cf805a98b555370fcade8e96&token=69349391&lang=zh_CN##