Tecnología eFPGA: Revolucionando el Diseño de ASIC y SoC

La tecnología FPGA embebida (eFPGA) es una solución altamente adaptable que funciona como un chip FPGA estándar, permitiendo reconfigurabilidad de lógica dentro de ASICs y SoCs.

De Nicho a Producción Principal

La eFPGA ha entrado en producción principal, con presencia en infraestructura inalámbrica, inteligencia artificial, almacenamiento inteligente e incluso microcontroladores sensibles al coste. Como subsistema de SoC —comparable a una CPU o DSP— reconfigura dinámicamente lógica de hardware en un espectro de tamaños, desde 1.000 hasta 500.000 tablas de búsqueda (LUTs).

Para obtener una visión más profunda de esta tecnología programable emergente, EDN habló con Andy Jaros, VP de Ventas IP, Marketing y Arquitectura de Soluciones en Flex Logix Technologies. Fundada en 2014, Flex Logix afirma ofrecer tejido FPGA de alta densidad que simplifica la reconfigurabilidad de lógica sin imponer una carga pesada de ingeniería.

Historia: Una Evolución Gradual

Aunque la idea de incrustar LUTs en ASICs data de los 90, la adopción práctica se estancó por falta de herramientas robustas. Las FPGAs tradicionales dependen de una interconexión en malla que consume aproximadamente el 80 % del área de silicio. El cofundador de Flex Logix, Cheng Wang, abordó esta ineficiencia desarrollando una interconexión jerárquica que reduce el área a la mitad, ofreciendo ahorros sustanciales de coste y huella. Según la empresa, su interconexión alcanza 90 % de utilización frente al 70 % típico de diseños en malla.

Figura 1: Una eFPGA puede optimizarse fácilmente para varios tamaños de bus. Fuente: Flex Logix

Presente: Fuerte Adopción en el Mercado

El IP eFPGA de Flex Logix es notablemente genérico, soportando una amplia gama de tamaños de aplicación. Al comportarse como una FPGA independiente, los desarrolladores pueden provisionar arrays de cualquier escala en solo unos días.

Jaros señala creciente interés de empresas de ASIC: "Integrar funcionalidad FPGA directamente en un ASIC mejora rendimiento, reduce potencia y disminuye coste total del sistema". Esto permite a equipos de diseño reemplazar FPGAs discretas costosas o eliminarlas por completo, según el caso de uso.

Integradores de sistemas, tradicionalmente dependientes de FPGAs discretas, ahora exploran IP eFPGA en asociación con vendedores de ASIC. Este enfoque los mantiene en los niveles inferiores de la pila, acelerando lanzamientos de características. "En OEMs automotrices y proveedores tier-1, la capacidad de añadir configurabilidad RTL es mucho más valiosa que hace una década", observa Jaros.

MCUs de alta gama que embebed aceleradores de redes neuronales —típicamente requiriendo 16.000 a 20.000 LUTs— también recurren a soluciones eFPGA. Diseñadores de señal mixta pueden ahora adjuntar una máquina de estados configurable sin la sobrecarga de un MCU completo y su ecosistema de software.

Figura 2: La eFPGA de Flex Logix se basa en EFLX 4K, un tile que viene en dos versiones: todo lógica o mayormente lógica con algunas unidades multiply-accumulate (MACs). Fuente: Flex Logix

Futuro: Complementaria a FPGAs Discretas

Existe el concepto erróneo de que eFPGA canibalizará el mercado de FPGA discretas. En realidad, Intel y Xilinx se centran en FPGAs de gran escala y ricas en características para centros de datos, integrando subsistemas CPU y otras capacidades de alta gama. "eFPGA no amenaza su negocio principal", dice Jaros. "La ven como complementaria, y no hemos encontrado conflicto con vendedores tradicionales de FPGA."

El control de la cadena de suministro es otro impulsor: fabricantes con MCUs o ASICs propietarios pueden incrustar lógica eFPGA para intercambiar algoritmos de seguridad o código personalizado sin rediseñar todo el chip.

Múltiples proveedores de IP ofrecen soluciones eFPGA, y a medida que los nodos de proceso se reducen —de 180 nm a 3 nm— los diseñadores están cada vez más dispuestos a intercambiar un modesto aumento de área por mayor configurabilidad. "Anticipamos que el 90 % de chips que vayan a tape-out en los próximos cinco a diez años incorporarán alguna forma de contenido eFPGA", concluye Jaros.

>> Este artículo se publicó originalmente en nuestro sitio hermano, EDN.

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