Lattice Semi MachXO4 : ชิปตระกูล FPGA ให้ลอจิกสูงสุด 9,400 LUTs, User Flash 448 kb

Lattice Semiconductor เปิดตัว MachXO4 ชิปตระกูล FPGA พลังงานต่ำรุ่นใหม่ ซึ่งมาพร้อมจำนวนลอจิกตั้งแต่ 896 ถึง 9,400 LUTs, ความเร็วของ FPGA fabric สูงสุด 150 MHz และได้รับการปรับปรุ่งความสามารถ “hot socketing” โดยมีค่ากระแสรั่วต่ำเพียง 350 µA

คุณสมบัติเด่นอื่น ๆ ได้แก่ Embedded RAM สูงสุด 432 kb, Distributed RAM 73 kb, User Flash Memory (UFM) สูงสุด 448 kb, รองรับ I/O สูงสุด 382 ขา, มี SPI และ I2C แบบ hardened แพ็กเกจให้เลือกหลากหลาย ตั้งแต่ 2.5 × 2.5 มม. ถึง 20 × 20 มม. รองรับช่วงอุณหภูมิ 3 ระดับ: Commercial, Industrial และ Automotive

คุณสมบัติและสเปคหลักของ Lattice Semi MachXO4:

• FPGA Fabric
  • 896 ถึง 9,400 LUTs
  • 1,100 ถึง 11,300 logic cells
  • ความถี่ทำงานสูงสุด 150 MHz
• หน่วยความจำ
  • Embedded RAM – 64 kb ถึง 432 kb
  • Distributed RAM – 10 kb ถึง 73 kb
• สตอเรจ – User Flash Memory (UFM) 64 ถึง 448 kb
• ขา I/O และอุปกรณ์ต่อพ่วง
  • ขา I/O สูงสุด 382 ขา
  • PLL (Phase-Locked Loop) 1 ชุด
  • ฟังก์ชัน hardened: SPI, I2C จำนวน 2 ช่อง, timer/counter และ oscillator
  • รองรับมาตรฐาน I/O แรงดันตั้งแต่ 3.3V ถึง 1.0V
• คุณสมบัติอื่น ๆ
• รองรับ hot socketing ด้วยกระแสรั่วต่ำเพียง 350 µA และไม่ต้องจัดลำดับการจ่ายไฟ
  • รองรับแรงดันผสมสำหรับ LVCMOS และ LVTTL
  • มีตัวต้านทาน pull-down ภายในเพื่อลดจำนวนอุปกรณ์ภายนอก
  • Instant-on เปิดเครื่องและบูตได้เร็วกว่า 5 ms
• การใช้พลังงานต่ำมาก – static power ต่ำสุดเพียง 1 mW
• แพ็กเกจที่รองรับ – ขนาดเล็กที่สุดเพียง 2.5 × 2.5 มิลลิเมตร
  • ระยะขา 0.4 มม.
    • UUG3611 – WLCSP 36 ball, 2.5 × 2.5 มม., 27 I/O
    • UUG4911 – WLCSP 49 ball, 3.2 × 3.2 มม., 37 I/O
    • UUG8111 – WLCSP 81 ball, 3.8 × 3.8 มม., 62 I/O
  • ระยะขา 0.5 มม.
    • TSG100 – TQFP 100 ขา, 14 × 14 มม., 78 I/O (เฉพาะเกรด Automotive)
    • BSG132 – csBGA 132 ball, 8 × 8 มม., 102 I/O (เฉพาะเกรด Automotive)
    • TSG144 – TQFP 144 ขา, 20 × 20 มม., 105–112 I/O
  • ระยะขา 0.8 มม.
    • BBG256 – caBGA 256 ball, 14 × 14 มม., 204 I/O (เฉพาะเกรด Automotive)
    • BBG400 – caBGA 400 ball, 17 × 17 มม., 333 I/O
    • BBG484 – caBGA 484 ball, 19 × 19 มม., 382 I/O
  • ระยะขา 1.0 มม.
    • BFG256 – ftBGA 256 ball, 17 × 17 มม., 204 I/O
• ช่วงอุณหภูมิ – มีให้เลือกทั้งเกรดเชิงพาณิชย์, อุตสาหกรรม และยานยนต์
• กระบวนการผลิต – แบบ non-volatile พลังงานต่ำ ขนาด 65 นาโนเมตร

มีทั้งหมด 6 รุ่น (SKUs) ที่แตกต่างกันตามจำนวน logic cells, ขนาด RAM/Flash และเกรดอุณหภูมิ ได้แก่ LFMX04-010, LFMX04-010, LFMX04-015, LFMX04-025, LFMX04-080 และ LFMX04-110.

บล็อกประกาศเปิดตัว ได้เน้นย้ำคุณสมบัติและการปรับปรุงเด่น 4 ประการ สำหรับตระกูล MachXO4 รุ่นใหม่ ได้แก่

• ปรับปรุงความสามารถ Hot Socketing ให้ดียิ่งขึ้น ด้วยกระแสรั่วต่ำเพียง 350 µA การรองรับ hot socketing ที่เชื่อถือได้ช่วยให้อุปกรณ์สามารถจัดการกับความไม่ตรงกันของลำดับการจ่ายไฟ (power sequencing) ได้อย่างปลอดภัย โดยไม่เสี่ยงต่อความเสียหายหรือการสูญหายของข้อมูล ในกรณีที่มีการเสียบหรือถอดการ์ดขณะระบบกำลังทำงาน หรือมีการเพิ่มโมดูลในขณะที่บางส่วนของระบบเปิดหรือปิดการจ่ายไฟอยู่ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับงานด้านอุตสาหกรรม ระบบสื่อสาร และยานยนต์ ซึ่งต้องการความพร้อมใช้งานของระบบ (uptime) สูง
• การปรับเปลี่ยนระบบภาคสนาม (In-field System Reconfiguration) รองรับการใช้หน่วยความจำแฟลชแบบ dual boot และเทคโนโลยี TransFR ทำให้สามารถอัปเดตหรือเปลี่ยนการทำงานของระบบได้ในขณะที่ระบบยังคงทำงานอยู่
• อายุการใช้งานระยะยาว (Longevity) รองรับซัพพลายเชนระยะยาวมากกว่า 20 ปีการผสานรวมความหนาแน่นสูง สำหรับงานที่มีข้อจำกัดด้านพื้นที่
• ความหนาแน่นสูงในพื้นที่จำกัด
  • ลอจิกความหนาแน่นสูงแพ็กเกจขนาดเล็กมาก (เล็กสุด 2.5 × 2.5 มม.)
  • รวมฟังก์ชันแบบ hardened เช่น I2C, SPI, timer/counter, PLL และ oscillator บนชิป

MachXO4 ชิปตระกูล FPGA รองรับการพัฒนาเต็มรูปแบบด้วย Lattice Radiant Design Software ซึ่งแตกต่างจาก MachXO2 และ MachXO3 ที่ใช้ซอฟต์แวร์ Diamond นอกจากนี้ Lattice ยังมี Migration Tool เพื่อช่วยย้ายดีไซน์จาก Diamond ไปยัง Radiant ได้ง่ายขึ้น

บอร์ดพัฒนา MachXO4 มีวางจำหน่ายสำหรับการทดลองและเริ่มต้นใช้งานอย่างรวดเร็ว โดยใช้ชิป LFMXO4-110 พร้อม SPI boot flash ขนาด 16 Mbit, แหล่งสัญญาณนาฬิกาหลายแบบ, GPIO header ที่เข้ากันได้กับ Arduino และ Raspberry Pi, ตำแหน่ง header Hirose FX12-40 (ยังไม่ติดตั้ง), Aardvark header (ยังไม่ติดตั้ง) สำหรับการขยายเพิ่มเติม

ตัวอย่างการใช้งานทั่วไป เช่น การจัดการบอร์ดระบบ (System Board Management) ที่ต้องการ instant-on (<5 ms) และ I/O จำนวนมาก, การควบคุมมอเตอร์ พร้อมระบบป้องกัน IGBT และอินเทอร์เฟซ SPI, การเชื่อมต่อกล้องและจอแสดงผล (Camera Display Bridge) รองรับ CSI-2 สูงสุด 4 เลน และ DSI Tx, การควบคุม LED โดยใช้ I/O ที่โปรแกรมได้และ PLL สำหรับหรี่ไฟ กระพริบ และผสมส

ยังไม่พบข้อมูลราคาของชิป MachXO4 โดยตรง แต่บอร์ดพัฒนา มีจำหน่ายที่ Newark ราคา $345.80 (~10,700฿) และ Mouser Germany ราคา 233,45 € (~8,500฿) สามารถดูรายละเอียด เอกสาร และทรัพยากรการออกแบบเพิ่มเติมได้จากหน้าเว็บไซต์ผลิตภัณฑ์

แปลจากบทความภาษาอังกฤษ : Lattice Semi MachXO4 FPGA family offers up to 9400 LUTs, 448 kb user flash, improved “hot socketing”

Suthinee Kerdkaew

บรรณาธิการข่าวและบทความภาษาไทย CNX Software ได้มีความสนใจในด้านเทคโนโลยี โดยเฉพาะ Smart Home และ IoT