Hot Chips 2023》AMD 發表世界最巨大 FPGA 晶片 Versal Premium VP1902
AMD 在 2022 年 2 月 14 日，完成收購 FPGA（Field Programmable Gate Array，現場可程式化邏輯閘陣列）第一大廠賽靈思（Xilinx），價值約 500 億美元（原先估值 350 億美元，被 AMD 股價上漲推高），創下晶片產業的交易紀錄。因為 FPGA 可程式化的特性，使其具靈活性、可客製性、平行處理能力、易於升級等優勢。
透過 FPGA，晶片設計者能在晶片送交製造（Tape Out）前，先為即將完成的 ASIC 或系統單晶片（SoC）創建數位雙胞胎版本，有助於產品驗證，並提高開發軟體。人工智慧蔚為風潮且相關技術快速翻新當下，FPGA 更同時是 AMD 和英特爾（2015 年 6 月以 167 億美元收購全球第二大 FPGA 廠商 Altera）AI 產品布局的重要一環。
AMD 6 月 27 日發表世界最大 FPGA 晶片 Versal Premium VP1902，相較上一代賽靈思 Virtex UltraScale+ VU19P，增加了 AI 專用處理器 Versal，所有性能規格指標都是兩倍起跳，並採用 Chiplet 設計，尺寸約為 77×77 公釐，擁有 1,850 萬個邏輯單元，以及控制平面操作的專用 Arm 核心與協助調試的板載網路。AMD 預定第三季提供樣品給客戶，2024 年初全面供貨。
Hot Chips 2023（第 35 屆）進一步揭露 Versal Premium VP1902 技術細節，就讓我們仔細瞧瞧這顆「專為研發更大晶片誕生」的巨大 FPGA。
▲ AMD 開宗明義：現在就是 AI 時代，無論是 CPU、GPU 還是專用加速晶片，都要有 AI 能力。
▲ VP1902 設計目的不是當單設備使用，更多以叢集部署，以協助晶片驗證和測試。模擬有數十億個電晶體的現代 SoC 相當耗費資源，依晶片大小和複雜性，可能需要跨越多個機架、數十甚至數百個 FPGA。
▲ 因為 FPGA 電路密度遠不如原型設計的晶片，更大 FPGA 容納更大晶片的設計邏輯，或 FPGA 叢集放入更大規模設計。
▲ 2019 年 Hot Chips，賽靈思發表 Virtex UltraScale+ VU19P，今年 Versal Premium VP1902 規模則是兩倍。
▲ 由四塊 Chiplet 組成的 Versal Premium VP1902 邏輯密度是前代兩倍，且 AI 專用處理器 Versal 加持後，可提升八倍除錯表現。
▲ Versal Premium VP1902 各種性能指標約是上代產品兩倍。
▲ Versal Premium VP1902 規格細節。
▲ AMD 藉 Chiplet 技術「經濟的」擴大 FPGA 規模。
▲ 晶片連接與封裝方式，不僅需接合 Chiplet，且還需支援密集的高速 I/O。
▲ 前代 Virtex UltraScale+ VU19P 的 Chiplet 配置方式。
▲ 前代 Virtex UltraScale+ VU19P「又長又寬」配置導致難以擴展 I/O。
▲ 所以這次從 1×4 改為 2×2，更能平衡 Chiplet 間的延遲。
▲ 2×2 Chiplet 亦能減少 40% 導線長度。
▲ 因此 AMD 這次才能打造如此巨大的 FPGA。
▲ 一顆 FPGA不夠，可以來第二顆。
▲ 結合更新 7 奈米製程、兩倍規模、2×2 Chiplet 排列、可程式化晶片內網路。
▲ 四顆 VP1902 可比八顆 VU19P 有更高密度和更簡單系統設計。
▲ I/O 介面性能。
▲ FPGA 讀回性能。
▲ 經 Versal 加持，達八倍除錯效率。
▲ 八倍效率差距就是這樣來的。
▲ 軟體串列掃描鏈（Scan Chain）的效能提升。
▲ 多層分區流程可更快速布局和布線。
▲ 經過 17 年發展，賽靈思最新 FPGA 成為「AMD 第六代設計模擬裝置」。
這堪稱本屆 Hot Chips 罕見的完整簡報，內容鉅細靡遺，AMD 變相對「靠設計晶片過日子的潛在受眾」做了整整 30 分鐘廣告，但 AMD 也表示，這些 FPGA 也非常適合韌體開發和測試、驗證 IP 區塊和原型開發用。既然 AMD 都放出世界最巨大 FPGA，接著我們就期待手握 Altera 的英特爾會如何出招吧。
（首圖來源：AMD）