憑借低功耗的特性，Lattice的FPGA芯片在通信、工業(yè)、汽車以及消費(fèi)電子等領(lǐng)域皆有一席之地。從全球角度來看，目前Lattice已是全球出貨量最多的FPGA供應(yīng)商。而最近幾年，Lattice正在低功耗之外，探索著更多的新功能特性。近日，Lattice一連推出了兩款產(chǎn)品，劍指安全特性。

當(dāng)前數(shù)據(jù)中心、通信、工業(yè)控制領(lǐng)域中的系統(tǒng)架構(gòu)正變得越來越復(fù)雜，控制單板上的芯片也越來越多，各種特定功能的負(fù)載推動著獨(dú)立安全模塊架構(gòu)的發(fā)展，如下圖示例1所示，單塊服務(wù)器主板逐漸演變出了“模塊化服務(wù)器主板”和“DC-SCM”。因此也需要更強(qiáng)大的控制解決方案。FPGA將是相對較好的一個選擇。

“其實，DC-SCM模塊，可以用FPGA、MCU或者用ASIC都行。但在獨(dú)立安全模塊架構(gòu)的演進(jìn)過程中，到底這個模塊里面需要有哪些信號是要進(jìn)行互聯(lián)還沒有最終的安全定義，而 FPGA 有相對的靈活性，所以用FPGA可以適配不同的需求。而且目前采用FPGA的方案在成本上并沒有額外的增加?！比R迪思半導(dǎo)體亞太區(qū)應(yīng)用工程總監(jiān)謝征帆指出。

另一方面，隨著CPU/SoC采用更先進(jìn)的制造工藝，I/O接口標(biāo)準(zhǔn)越來越向低電壓方向發(fā)展，來到1.2V/1V甚至更低，但是出于成本和性能的考慮，主板上的其他組件如傳感器、風(fēng)扇控制、LED的制程工藝卻相對落后，主要使用3.3V I/O接口，如實例2所示。但當(dāng)今的CPU/SoC缺少3.3V I/O接口，這就容易導(dǎo)致CPU和其他組件之間出現(xiàn)脫節(jié)，無法適配。因此，就需要FPGA來進(jìn)行不同電壓間的轉(zhuǎn)換和應(yīng)用其他控制功能。

上圖反映了以上提到的兩大應(yīng)用需求痛點(diǎn)

在兩種需求的共同驅(qū)使下，簡化系統(tǒng)設(shè)計和集成不可或缺。對此，近日，Lattice推出了“增強(qiáng)型安全控制FPGA”——MachXO5-NX FPGA來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

首先需要了解的是，Lattice一直是安全控制FPGA領(lǐng)域的市場領(lǐng)導(dǎo)者，MachXO5-NX產(chǎn)品也是為了拓展在安全控制 FPGA 領(lǐng)域的領(lǐng)先地位而推出的新品。

回看整個MachXO家族的發(fā)展歷程，從2005年問世的MachXO開始，到后續(xù)的MachXO2、MachXO3，這三款產(chǎn)品還都只是側(cè)重于控制功能。但從2019年，Lattice在MachXO3D中將一系列跟安全相關(guān)的模塊內(nèi)嵌在了芯片里，也因此MachXO3D成為了行業(yè)第一顆安全控制FPGA芯片。2020年又發(fā)布了支持ECC384加密算法的Mach-NX，屬于高端加密功能級別。Lattice可以說是將安全功能做到了硬件級別，從而能夠在系統(tǒng)層面防范未經(jīng)授權(quán)的固件攻擊，這些都為現(xiàn)在的MachXO5-NX的推出奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

MachXO5-NX是一款增強(qiáng)型監(jiān)控和控制FPGA，它具有四大核心競爭力：“更多FPAG資源”、“集成閃存”、“行業(yè)領(lǐng)先的安全性能”、“穩(wěn)定的可編程I/O”和“領(lǐng)先的低功耗和穩(wěn)定性”。憑借這些特性，MachXO5-NX將目標(biāo)市場鎖定在了服務(wù)器計算、通信、工業(yè)和汽車市場的系統(tǒng)監(jiān)控與控制，以期實現(xiàn)最新一代的安全控制功能。

MachXO5-NX FPGA結(jié)構(gòu)示意圖

具體來看，首先，MachXO5-NX提供了更多的FPGA資源，其擁有25K邏輯單元密度和更多的DSP模塊與ADC模塊，可提供更強(qiáng)大的計算和控制功能。結(jié)合1.9Mb嵌入式存儲器和高達(dá)9.2Mb的專用用戶閃存，最大限度地減少了對外部存儲器的需求，從而減小設(shè)計電路板面積。

第二，在芯片里面集成閃存，除了配置芯片功能的閃存，還給用戶留出了足夠多的Flash 做一些自己的用途，這樣用戶就無需再外掛，一方面可以降低客戶的成本，二則可以減少 PCB 的面積，更重要的是Flash集成在內(nèi)部的單芯片解決方案，能夠避免把一些管腳的數(shù)據(jù)流暴露在外面，在安全性上得到更大的提高。另外，MachXO5-NX還提供支持 1.0V 的 I/O、比特的加密認(rèn)證，以及runtime security。

因此，與密度相近的競品FPGA如Spartan7或者是Max10相比，都具有較大的優(yōu)勢，其中與Max10相比，MachXO5-NX提供高達(dá)2.9倍的嵌入式存儲器容量，以及高達(dá)36倍的專用用戶閃存，能輕松應(yīng)對設(shè)計復(fù)雜化的趨勢。

第三是基于Nexus 平臺，Nexus平臺是Lattice 3年前推出的，該平臺基于FDSOI工藝，具有低功耗、軟失效率極低的特點(diǎn)。在該工藝基礎(chǔ)上，Lattice已經(jīng)陸續(xù)推出了面向嵌入式視覺的CrossLink-NX, 通用型的Certus-NX, 第二代安全用途的Mach-NX和高級通用的CertusPro-NX這四個系列，分別具有不同功能面向不同應(yīng)用。此次推出的MachXO5-NX主要面向增強(qiáng)型監(jiān)控和控制用的FPGA，與同類FPGA競品相比，該器件的功耗降低70%，軟失效率降低100倍，還有ADC、SGMII的專用模塊。

第四是可編程的I/O，MachXO5-NX能夠快速啟動I/O，且I/O數(shù)量高達(dá)300個，其中有80%支持3.3V信號，提供默認(rèn)下拉、熱插拔和可編程壓擺率等功能；

所以總體來看，MachXO5-NX是Lattice在安全控制領(lǐng)域的又一大躍升。它能夠為當(dāng)下復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計提供更多的FPGA資源、更高級的I/O特性，并能簡化系統(tǒng)開發(fā)，同時，基于Nexus 的平臺，能夠一如既往的保持FPGA芯片的低功耗高性能和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。目前MachXO5-NX的樣片已經(jīng)推出并交付給幾個重點(diǎn)的客戶，并開始在他們的產(chǎn)品中陸續(xù)應(yīng)用。

除了低功耗的FPGA硬件之外，這幾年Lattice也陸續(xù)推出了一些解決方案。如2018年推出的senseAI方案，2020年持續(xù)推出了mVision和Sentry的方案，去年又推出了Automate方案。這些方案在過去幾年里屢獲殊榮?，F(xiàn)在，Lattice又針對5G ORAN的部署，推出了ORAN 解決方案集合（或堆棧）。

那么為何是ORAN呢？據(jù)Lattice半導(dǎo)體亞太區(qū)市場開拓總監(jiān)林國松的介紹，主要原因可以歸結(jié)為兩大方面：一是ORAN的廣闊市場，據(jù)Kenneth Research的數(shù)據(jù)顯示，受5G技術(shù)快速普及的推動，全球ORAN市場規(guī)模到2028年預(yù)計將達(dá)到220億美元，2020年到2028年間的復(fù)合年增長率為85%。ORAN的一大優(yōu)勢是能最大程度避免供應(yīng)商鎖定、降低成本、鼓勵創(chuàng)新。也因此ORAN獲得了業(yè)界的廣泛關(guān)注。

另一方面，從封閉走向開放的ORAN，OPEN-RAN的特點(diǎn)允許有更多的供應(yīng)商能夠加入，且供應(yīng)商和供應(yīng)商之間是需要互聯(lián)的，由于內(nèi)部接口的進(jìn)一步開放，也更容易受到攻擊。許多移動運(yùn)營商都在根據(jù)ORAN聯(lián)盟制定的規(guī)范部署原生云和虛擬無線接入網(wǎng)(RAN)架構(gòu)，Lattice作為通信領(lǐng)域的長期關(guān)注者和深耕者，也將為ORAN的部署出一份力。

其實，通信領(lǐng)域是萊迪思主要的收入來源。萊迪思在控制邏輯方面，也就是I/O expansion占有很大比例，可以說萊迪思是最大的為通信行業(yè)提供控制芯片的公司。在4G時代，Lattice的FPGA主要發(fā)力在控制功能，到了5G時代，在保持控制功能的基礎(chǔ)上，也逐漸加入了電源管理和橋接等功能。在Lattice看來，接下來的5G發(fā)展，將會更多的引入安全功能。因此5G ORAN成為Lattice安全控制芯片下一步發(fā)展的一個切入點(diǎn)。

不止是安全性的需求，ORAN的部署從RU（Radio Unit）一直到DU（Distribution Unit）之間的互相傳遞有更加緊密、高速的交付需求。當(dāng)然，低功耗將是繞不開的需求。所以綜合看下來，解聚合的ORAN這種開放環(huán)境需要安全可靠的通信、跨多個組件的緊密同步以及高效的低功耗硬件加速。

在這樣的背景和需求之下，Lattice推出了具有強(qiáng)大安全性、靈活的前傳同步和低功耗加速特性的ORAN解決方案1.0集合。如下圖所示，從底層的硬件平臺開始，Lattice主要是基于現(xiàn)有的安全控制開發(fā)板和加速同步開發(fā)板，并搭配實現(xiàn)對應(yīng)功能的所有軟件，包括加密的AES, ECC以及eCPRI IP等；軟件工具主要基于Lattice RADIANT，用來開發(fā)FPGA自身的邏輯代碼，以及在軟核IP上進(jìn)行二次C代碼開發(fā)的Lattice PROPEL。在此基礎(chǔ)之上，Lattice還提供參考設(shè)計和演示，以及和第三方合作的定制化服務(wù)。

ORAN解決方案集合1.0 最重要的一點(diǎn)是其安全特性。通常來說，終端是相對安全的，但是從一個安全點(diǎn)到另一個安全點(diǎn)的通道上卻沒有很強(qiáng)的保護(hù)，所以Lattice的ORAN解決方案著重在數(shù)據(jù)傳輸方面增加了安全性，通過加密和身份驗證保護(hù)“線路”以減少攻擊面。

而除了安全之外，ORAN解決方案也再次彰顯了Lattice FPGA本身的優(yōu)勢，一是低功耗，與同類FPGA競品相比，該方案功耗最多降低75%，封裝尺寸最多減小90%；而且Lattice也在努力地實現(xiàn)零信任安全機(jī)制；第三是瞬時啟動，這是Lattice硬件FPGA本身的特性；最后就是數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，基于所選用的工藝，將軟失效率最高降低100倍，實現(xiàn)高穩(wěn)定性和可用性。

林國松表示，針對未來 ORAN 的發(fā)展，我們將持續(xù)地每半年到一年對方案進(jìn)行更新，在ORAN解決方案集合后續(xù)的2.0、3.0版本中，持續(xù)強(qiáng)化上述特性。

可以看出，無論是硬件產(chǎn)品MachXO5-NX，還是軟硬結(jié)合的5G ORAN的解決方案都凸顯了Lattice對安全特性的研究和重視，其實，安全特性已成為各個新興領(lǐng)域的共性需求。這也彰顯了Lattice的產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)展邏輯，那就是，在保證低功耗FPGA的基礎(chǔ)上，Lattice正不斷的擴(kuò)展芯片的其他新功能，以此來進(jìn)一步豐富和拓展萊迪思現(xiàn)有的產(chǎn)品和解決方案矩陣，并為解決行業(yè)現(xiàn)存的痛點(diǎn)和挑戰(zhàn)帶來新的可能。

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