在 FPGA 的世界里，有一个几乎所有工程师都会遇到的问题：

• 逻辑资源够了，但布线过不去。

或者反过来：

• 布线资源很多，但逻辑已经用完。

几十年来，FPGA 厂商一直在这个问题上不断权衡：究竟应该把更多的芯片面积留给 LUT 等逻辑单元，还是留给连接这些逻辑单元的布线资源？

而 Efinix （国外FPGA厂商）给出的答案是：

• 为什么不能让逻辑和布线“互相转换”？

最近，对 Efinix 最新 FPGA 架构进行了深入研究，其中最值得关注的并不是边缘 AI，也不是 RISC-V，而是其核心技术——XLR（eXchangeable Logic and Routing）。

前言

前段时间Efinix推出了一系列面向边缘AI应用的FPGA，这些FPGA基于软或硬RISC-V内核，并带有AI指令扩展。Efinix公司市场营销和企业发展副总裁Bob Beachler说其公司Titanium Edge系列在性能、功耗和经济性方面均优于其他FPGA。

Efinix 的制胜法宝在于其 XLR 逻辑单元。Beachler 表示，传统的 FPGA 必须平衡用于布线和逻辑的硅片空间；由于布线会占用大量面积，FPGA 公司通常会增加逻辑块的复杂性来尽量减少布线。但是，一旦数据需要离开逻辑元件，就必须通过导线传输，这会消耗电能并导致热应力。

“对于某些设计方案来说，逻辑和布线的比例并不合适，要么布线过多造成硅片面积浪费，要么逻辑元件过多导致无法布线，”他说道。“在典型的FPGA设计中，有些地方布线很多但非常拥挤，而有些地方布线很少，非常稀疏。”

Efinix 的关键 IP 在于使其逻辑单元能够执行逻辑或路由操作（XLR 代表可互换的逻辑和路由）。

“这样一来，我们就可以动态地确定给定设计的每个区域需要多少布线或多少逻辑，”Beachler 说。

软件决定需要多少逻辑和路由，以及在哪里需要。

“这非常高效，”Beachler 说。“这项技术可以达到与顶级FPGA相当甚至更高的性能，但功耗和芯片面积却只有它们的一半。”

左侧展示了传统FPGA，其特点是难以扩展、效率低下、成本高昂，并且“以固定线路/布线为主”，图中高亮显示了其关键缺陷。右侧展示了XLR单元，其特点是“易于扩展”，尺寸更小、功耗更低、采用通用单元设计，并且“灵活的线路/逻辑分配”允许动态地分配逻辑和布线。

该公司已将这项技术商业化应用于其 Titanium 系列产品中，该系列产品主要面向需要更强大处理能力的应用。全新的 Titanium Edge 系列产品沿用了相同的基本架构，并进行了一些改进。与之前的 Titanium 系列产品相比，其静态功耗降低了一半。

共封装超内存

Efinix 将提供部分 Titanium Edge 系列产品，这些产品与 HyperRAM（一种类似于 SRAM 的 DRAM 芯片）采用共封装设计。HyperRAM 可用于存储 AI 推理过程中的中间权重或数据，例如中间视频帧。Beachler 表示，将存储器与 FPGA 集成到同一封装中，可以大幅减少芯片面积。

“我们从华邦电子采购芯片，并将它们全部封装起来，这样客户就能更快地将产品推向市场，而且他们不必担心内存的采购问题，这可能是一个大问题，”他说。“客户非常喜欢这种方式。”

部分 Titanium Edge 芯片配备两个 HyperRAM，部分则只有一个。其他 FPGA 制造商无法在 FPGA 芯片上堆叠内存芯片，因为这样会消耗过多能源；而 Efinix 的能效优势直接实现了 3D 堆叠，Beachler 表示。

总结

FPGA 的下一次竞争，也许不只是 LUT 数量

过去谈 FPGA，大家关注的是：

• LUT 数量；
• DSP 数量；
• BRAM 容量；
• SerDes 速率。

但 Efinix 提出了一个新的问题：

• 资源的“比例”是否比资源的“数量”更重要？

如果逻辑与布线能够动态调整，那么 FPGA 的设计思路也许会发生变化。

在 FPGA 行业被 AMD、Intel 和 Lattice 主导多年之后，Efinix 试图用一种更激进的方式重新定义 FPGA：

• 不是简单增加资源，而是重新思考资源本身。

XLR 是否会成为未来 FPGA 的主流方向，还有待市场验证。

但至少，它提醒了我们：

• FPGA 的创新，并不一定来自更多的 LUT， 有时候，重新审视那些被认为“理所当然”的架构假设，同样能够带来突破。