FPGA叠加技术重新定义: 2.5D向左 3D向右

“梦想的产品已经开始发货了。”赛灵思全球高级副总裁，亚太区执行总裁汤立人先生在发布会上激动地宣布，“我们在6年前开始规划这样一款产品，3年前我们开始做研发，一年前我们开始跟大家分享SSI技术的概念。今天，我们终于推出了全球第一个2.5D的IC了。”
    这款产品就是Virtex®-7 2000T —— 全球第一个采用赛灵思独特2.5D IC堆叠硅片互联(SSI)技术的FPGA产品。据汤先生介绍，该产品是目前世界容量最大的可编程逻辑器件，拥有 68 亿个晶体管，200 万个逻辑单元，相当于 2,000 万个 ASIC 门。
    汤先生特别强调：“这对整个行业来说是非常重大的消息，没有其他公司可以做到这件事情。”

2.5D的突破
    “More than More.（超越摩尔定律）” 2.5D堆叠硅片互联技术终于让赛灵思霸气地说出了这句话。
    根据摩尔定律，28nm的FPGA最大只可达到大概100万逻辑单元，但是由于堆叠互联技术，赛灵思的Virtex-7 2000T可以达到200万逻辑单元。据了解，至今为止还没有其他的FPGA、甚至其他的半导体可以做到那么大的容量。而且，在Virtex-7 2000T FPGA里面总共有68亿个晶体管。目前，半导体行业最大的CPU也仅能达到30亿左右。另外，在带宽方面，2000T里一共有2160个DSP，每个DSP可以跑到700多兆，而其竞争对手的产品，需要4个FPGA来实现。功耗方面，Virtex-7 2000T不高于20瓦。
    “只有我们才知道怎样将两个FPGA叠加在一起。”汤先生自豪地说。
    赛灵思亚太区销售及市场总监张宇清先生随后解释道，这个堆叠的实现跟原来的架构有非常重要的联系。因为Virtex-7 2000T是沿用Virtex FPGA的ASMBL架构，是Column Base，每个FPGA切片是按照一列列并排排列在一起的，这样四个FPGA之间连接起来的走线才可以非常短，从而才能便于应用2.5D。如果不是这种架构，连线将是一个大问题，很难做到。

“2.5D技术是一个非常大的转折点。因为其可以加速替代ASIC和ASSP。”据汤先生分析，ASIC将越来越贵。要想做28nm的ASIC，需要投入美金，比40nm ASIC投资增加了40%。
    另外，赛灵思认为，2.5D技术推动FPGA的增长还体现在，其还可以实现大规模系统集成，使得FPGA在功耗，性能，成本方面具有非常优异的性价比。并且，该技术可以加快原型的模拟仿真，可以缩短开发时间、提高精度。
    “为什么是2.5D?”
    “为什么3D变成了2.5D ?”终于有人忍不住问了这个问题。
    因为，在一年前赛灵思的发布会上，汤先生为大家介绍的分明是3D技术。而面对“2.5D”这个陌生的字眼，大家未免都有些迷惑。
    “这是信用的问题。在技术方面我们从来没有改变过，只是行业定义不同而已。”汤立人先生一脸诚恳地解释道，“以前我们提到了SSI技术，但这个不完全是行业所定义的3D。现在，整个行业已经有清晰的定位，将这种技术称之为2.5D。”
    汤先生也坦言：“现在3D面临非常多的挑战。第一，3D是垂直的堆叠，把两个主动IC用微凸快（micropum）连在一起，但微凸快这种新兴技术有非常多的挑战。举例来说，两个芯片本身的膨胀系数有可能不一样，一个膨胀快，一个膨胀慢，中间连接的micropump应力就比较大。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，如果两个都是主动的IC，散热就成为很大的问题。所以，整个3D行业需要解决上面三个主要问题。”
    据赛灵思方面预测，3D FPGA距真正量产还需两三年的时间。
    记者也了解到，3D确实是非常尖端的技术。它是把不同的IC堆叠在一起。每个IC都是主动的，有功耗，需要电源的。而2.5D的定义就是把这两个主动IC放到被动的介质上。下面有连接，把两个主动IC连接起来。因为是被动的，中间没有晶体管，不存在TSV应力以及散热问题。所以按汤先生的说法：“2.5D技术可以代替3D的技术。”

2.5D扮演什么角色？
    这也不免让大家心中产生了另一个疑问：2.5D是不是3D中间的过渡技术？毕竟，当人们已经看到了下一代的技术的时候，就一定会觉得未来的会比较好。
    “我们认为不是。实际上，2.5D与3D是两种不一样的架构。2.5D有自己的应用，它不一定被3D所代替。这跟手机是不一样的，不是说3D就一定比2.5D好。”同时，汤先生也给记者们展示了一副图片，图上画了一个分岔路口。一条路是2.5D的路，另外一条是通向3D的。他借此特别强调：“2.5D有自己的路要走，而且会一直走下去的。同时，赛灵思同样看好不带中介层的完全3D IC堆叠技术，我们也在与合作伙伴研发3D。”
    “从实际情况来看，基于2.5D技术的Virtex-7 2000T FPGA产品为客户带来的好处非常多，比我们想象的还要多。”汤先生开心地说。不过，汤先生也透露，由于该产品的销售情况比预期的好很多，他们也面临着供货的压力。
    谈到2.5D技术未来的发展，汤先生也透露，现在2.5D上面所有的晶片都还是同构的，将来会可以做到异构，可能会考虑将逻辑与已经可实现3D技术的Memory做到一起。
    无论如何，这个基于堆叠硅片互联技术的FPGA，把集成度提升到了一个全新的水平，也把FPGA的发展推到了一个非常大的技术转折点上。在这个超级竞争的行业中，谁在技术转折点上获得先机，谁就拿到了主动权。而在这个点上，机遇和威胁也都在成倍地增加。赛灵思如何把握住先机，以及其竞争对手将如何反攻，让我们拭目以待吧。