von: Pat Patla

Der Informationsbedarf steigt dramatisch an, da die digitale Transformation und andere Geschäftstrends die Notwendigkeit einer Echtzeit-Entscheidungsfindung mit sich bringen. Das Sammeln, Übertragen und Speichern von Daten, die zur Gewinnung von Geschäftserkenntnissen beitragen, stellt Unternehmen vor große Herausforderungen, da sie sich mit der Optimierung des zunehmenden Datenflusses auseinandersetzen müssen. Nirgendwo fordert dies mehr Tribut von den traditionellen Systemen als bei der Speicherung, wo sowohl das Volumen als auch die kritische Natur der Informationen rasche Veränderungen in der Art und Weise, wie Daten gehandhabt und geordnet werden, erfordern. Die Speicherung ist der Engpass der meisten Umgebungen und gleichzeitig die wichtigste Komponente jeder Anwendung.

Everspin hat seine nvNITRO™-Technologie entwickelt, um dem wachsenden Bedarf an schnellerer und dauerhafterer Speicherung gerecht zu werden. Basierend auf magnetoresistivem Direktzugriffsspeicher (MRAM), der von GLOBALFOUNDRIES hergestellt wird, bringt nvNITRO sowohl hohe Leistung als auch Beständigkeit in die Datenspeicherung und ermöglicht so eine neue Generation der Anwendungsleistung.

Vor kurzem haben wir die Leistungsfähigkeit von nvNITRO auf der Supercomputing 17, der weltweiten Veranstaltung für Hochleistungsrechnen, vorgestellt.

In einer Demonstration mit SMART Modular Technologies war die NVMe-Beschleunigerkarte von SMART in der Lage, eine hohe Leistung bei extrem niedriger Latenzzeit zu erzielen. Die Demo zeigte einen NVMe-Beschleuniger, der als Front-End-Puffer für eine Unternehmens-SSD fungiert. Während SSDs heute Unternehmen verändern und alle Flash-Arrays aufgrund ihrer Leistungsvorteile gegenüber rotierenden Medien an Beliebtheit gewinnen, kann NAND-Speicher immer noch nicht mit der hohen Geschwindigkeit und der geringen Latenz von MRAM mithalten.

Die Transaktionsverarbeitung ist nur einer der Bereiche, in denen wir Chancen für MRAM sehen. In diesen Umgebungen erfordern viele Systeme zur Gewährleistung der Integrität und Konformität von Transaktionen eine Protokollierung oder Aufzeichnung jeder Transaktion vor Beginn der nächsten neuen Transaktion. Diese Anwendungen - wie Bankwesen, Zahlungsverarbeitung, Aktienhandel, E-Commerce, Lieferkette oder ERP/CRM - können alle von der nvNITRO-Technologie profitieren. Wenn der Nachrichtenverkehr zunimmt, kann diese zusätzliche Protokollierung zu einem Engpass werden, wenn sie nicht schnell und effizient erfolgt.

Mit einem MRAM-Speicherbeschleuniger als Front-End zu einer SSD kann die Transaktionsprotokollierung in einem Bruchteil der Zeit erfolgen, die mit einer SSD benötigt wird. Die geringere Latenzzeit von MRAM bedeutet, dass diese Protokolle schneller geschrieben werden können, wodurch das System ohne Verzögerung mit der nächsten Transaktion beginnen kann. Die 9-fache Reduzierung der Latenzzeit von nvNITRO durch die Verwendung von MRAM bedeutet, dass mehr Transaktionen pro Sekunde aufgezeichnet werden können, was das Potenzial für einen höheren Gesamtdurchsatz der Anwendung bietet.

Ein weiterer wichtiger Vorteil von MRAM ist die Fähigkeit, den Zustand der Daten aufrechtzuerhalten, ohne dass Batterien oder Superkondensatoren benötigt werden. Für diese Unternehmen stellt das Schreiben riesiger Transaktionsmengen neben der Geschwindigkeit noch eine zweite Herausforderung dar - die Aufrechterhaltung der Daten unabhängig vom Zustand des zugrunde liegenden Systems. Wenn ein System die Stromversorgung verliert oder unterbrochen wird, können Transaktionen, die gerade geschrieben oder protokolliert werden, verloren gehen, weil der Standard-DRAM-Speicher nicht persistent ist und der NAND-Speicher in SSDs nicht schnell genug schreiben kann, um alle Daten zu erfassen, bevor die Stromversorgung unterbrochen wird. Dank der Beständigkeit von MRAM können diese Daten schneller geschrieben werden, wodurch die im Puffer gespeicherten Daten reduziert werden. Wenn das System neu gestartet werden muss, sind diese Daten bei der Initialisierung immer noch im MRAM vorhanden. In einer Welt, in der die Aufsichtsbehörden jede Transaktion prüfen und ein Finanzunternehmen unter Umständen seine Transaktionen "nachspielen" muss, ist es von unschätzbarem Wert, sicherzustellen, dass alles beim ersten Mal korrekt protokolliert wurde. Diese Art von Schutz geht über den bloßen Schutz der Daten hinaus; an diesem Punkt schützt sie tatsächlich das Unternehmen.

Die Supercomputing-Messe war gut besucht, und wir haben uns über die Begeisterung gefreut, die unsere Demo ausgelöst hat. Technologie wie MRAM kann eine großartige Grundlage für viele zukünftige Plattformen werden. Die Möglichkeit, die nvNITRO-Technologie über eine Vielzahl von Schnittstellen in Speicherlösungen zu integrieren - direkt als PCIe- oder U.2-Gerät, integriert in das Gehäuse oder direkt in die Systemplatinen - bedeutet, dass es eine große Vielfalt an Implementierungen gibt, die den spezifischen Anforderungen entsprechen. Diskussionen über nvNITRO beginnen immer mit dem spezifischen Anwendungsfall, der gezeigt wird, aber letztendlich wird daraus "Hey, könntest du...?". Und genau da wird es interessant.

Neben dem STT-MRAM, das wir in der nvNITRO-Demo gezeigt haben, ist STT-MRAM auch als eingebettetes MRAM (eMRAM) über GF für Anwendungen erhältlich, die die Persistenz, Haltbarkeit und Schreibleistung benötigen, die eingebetteter Flash (eFlash) nicht bieten kann. Mit dem Wachstum in Bereichen wie Drohnen, IoT und autonomen Fahrzeugen wird der Wert der direkten Einbettung von MRAM in Designs steigen. Die heutigen nvNITRO-Lösungen basieren auf der Everspin 40nm STT-MRAM-Technologie, die von unserem Partner GF hergestellt wird. Zusätzlich bietet GF jetzt Prozessdesign-Kits für 22FDX eMRAM an. GF erwartet, dass Kunden im ersten Quartal 2018 mit dem Prototyping von MRAM auf Multiprojekt-Wafern (MPWs) beginnen werden.

Wir sehen heute die unmittelbare Chance in der Beschleunigung der Speicherung massiver Datenströme. Diese großen Mengen an Telemetriedaten müssen effizient verarbeitet werden, und zwar auf eine Weise, die sowohl eine schnelle Erfassung als auch eine langfristige Speicherung gewährleistet. Aber wenn MRAM und eMRAM weiter an Marktdynamik gewinnen (und herkömmliche Speicherprodukte verdrängen) und die Formfaktoren schrumpfen, werden sich uns noch größere Möglichkeiten bieten. Heute beschleunigen wir den Teil der Gleichung, der sich auf die Back-End-Speicherung und -Verarbeitung bezieht, aber es ist nicht weit hergeholt, dass MRAM und eMRAM möglicherweise in die Front-End- und Edge-Geräte integriert werden, die diese Daten erzeugen - und genau hier werden die Dinge noch interessanter.

Wenn die Supercomputing 17 ein Hinweis darauf war, dass die Zukunft für MRAM vielversprechend ist.

von: Timothy Saxe

Die Einbettung von FPGA-Technologie in SoC-Designs ist nicht wirklich eine neue Idee. Bei QuickLogic machen wir das schon seit fast zwei Jahrzehnten, angefangen mit unserem FPGA/Hard-PCI-Controller-SoC aus dem Jahr 1999. Das Wertversprechen war damals dasselbe wie heute. Ein höherer Integrationsgrad, der ein höheres Maß an Funktionalität, Leistung und Designflexibilität bei geringeren Kosten, geringerem Stromverbrauch und geringerem Platzbedarf auf der Leiterplatte bietet. Warum also hat sich die eFPGA-Technologie nicht schon viel früher durchgesetzt?

Die Antwort liegt im Wesentlichen in der Beziehung zwischen Werkzeugkosten und Entwicklungskosten. Beginnen wir mit den Chipgrößen und Kosten. Bei unserem PCI-Baustein aus dem Jahr 1999 wurde ein 0,35-Mikron-Prozess verwendet, der 24.650 Quadratmikrometer pro Logikzelle beanspruchte. Im Jahr 2002 ergab der 180-nm-Prozess, den wir für unseren QuickMIPs-Baustein verwendeten, 9.306 Quadratmikrometer pro Logikzelle - weniger als die Hälfte der Fläche für mehr FPGA-Fähigkeit. Heute bietet unser neuestes Gerät, die EOS™ S3 Sensor Processing Platform, durch den Einsatz einer 40-nm-Prozesstechnologie ein noch höheres Maß an FPGA-Fähigkeit bei einer Chipfläche von nur 961 Quadratmikrometern pro Logikzelle. Das entspricht einer Verringerung der Chipfläche des eFPGA-Teils dieser Geräte um etwa den Faktor 25 im Vergleich zu den letzten 18 Jahren.

Geringere Anforderungen an die Die-Fläche für die eFPGA-Technologie bedeuten, dass sie in ein SoC integriert werden kann, wobei die Gesamtkosten des Geräts nur sehr geringfügig steigen. Wir schätzen zum Beispiel, dass in einem Gerät, das mit der 40-nm-Prozesstechnologie hergestellt wird, das Hinzufügen von 1.000 Logikzellen mit eFPGA-Fähigkeit zu einem 3 mm x 3 mm großen Chip die Gesamtgröße des Chips nur um etwa 10 % erhöht. Der entsprechende Kostenanstieg wird prozentual etwas höher oder niedriger ausfallen, abhängig von der Chipausbeute und den Gehäusekosten, aber der Kostenanstieg für ein solches Gerät ist marginal. In Anbetracht all der zuvor beschriebenen Vorteile sieht das Wertversprechen aus Sicht der Bauelemente nun wirklich überzeugend aus.

Lassen Sie uns nun einen Blick auf die Entwicklungskosten werfen. Fortschrittlichere Prozesstechnologien sind teurer in der Entwicklung und erfordern anspruchsvollere Design- und Verifizierungstools, die mehr Geld kosten und den SoC-Designer dazu zwingen, mehr Zeit in den Designzyklus zu investieren. Wenn ein Designfehler unterläuft oder eine Funktion falsch ist, wenn versucht wird, eine Produkterweiterung zu liefern, wenn eine Gruppe fragmentierter, aber verwandter Marktchancen adressiert werden soll oder wenn mit den sich schnell entwickelnden Marktanforderungen Schritt gehalten werden soll, dann sind zusätzliche Maskenspins erforderlich, und das kostet heute erheblich mehr Geld als noch vor zehn oder zwanzig Jahren.

In der heutigen Welt der hochkomplexen SoCs ist die Realität, dass das Silizium billig, die Entwicklung aber teuer ist.

Was soll ein sparsamer Entwickler also tun? Die Antwort ist, einen angemessenen Anteil an FPGA-Technologie einzubetten. Die zusätzlichen Siliziumkosten sind zwar relativ gering, aber dafür können sie ihre hohen Investitionen in die Entwicklung durch ein hohes Maß an Designflexibilität nach der Fertigung optimal nutzen. Anstatt teure Design- und Verifikationsmasken zu benötigen, um Fehler zu beheben, Funktionen zu ändern oder neue Marktchancen oder sich schnell entwickelnde Standards anzusprechen, werden sie den "fest verdrahteten" Teil ihres Geräts intakt lassen und einfach den programmierbaren FPGA-Teil aktualisieren. Wir schätzen, dass ein Unternehmen durch den Einsatz von Embedded-FPGA-Technologie sehr leicht 40 Prozent der Entwicklungskosten für zwei Varianten desselben Designs einsparen kann. Ganz zu schweigen von den höheren Spitzenumsätzen, Bruttomargen und längeren Markteinführungszeiten, die sich ergeben, wenn das richtige Produkt zur richtigen Zeit auf dem Markt ist.

Die eFPGA-Technologie eignet sich besonders gut für SoC-Designer, die mit GLOBALFOUNDRIES zusammenarbeiten. Der neue 22FDX®-Prozess bietet starke wirtschaftliche Vorteile für neue Bauelemente, da weniger Masken im Vergleich zu den vorherigen Knotengenerationen erforderlich sind. Seine dynamische Back-Bias-Funktion reduziert den Stromverbrauch um schätzungsweise 78 Prozent (bei 0,6 V) im Vergleich zu 40-nm-Prozessen. Damit eignet er sich gut für die stromsparenden und extrem stromsparenden Wearable-, Hearable- und IoT-Anwendungen, die unsere eFPGA-Anwender anstreben.

Wenn Sie also ein SoC-Entwickler oder -Manager sind, können Sie durch die Kombination der eFPGA-Technologie von QuickLogic mit dem 22FDX-Prozess von GLOBALFOUNDRIES unterm Strich niedrigere Entwicklungskosten und höhere Gewinne erzielen. Die Zeit ist jetzt reif.

 

von: Mark Granger

Der Automobilmarkt für Halbleiter legt einen hohen Gang ein. Gegenwärtig sind in einem durchschnittlichen Auto Halbleiter im Wert von etwa 350 Dollar verbaut, aber dieser Wert wird bis 2023 voraussichtlich um weitere 50 Prozent steigen, da der gesamte Automobilmarkt für Halbleiter von 35 auf 54 Milliarden Dollar anwächst.

Dieses starke Wachstum wird durch die Notwendigkeit angetrieben, das zu entwickeln, was wir das "vernetzte Auto" nennen. Der Begriff bezieht sich auf die zahlreichen elektronischen Systeme in einem Fahrzeug, die gemeinsam Daten von kabelgebundenen und drahtlosen Sensoren erfassen und mit Hochleistungsprozessoren und Analog-/Leistungshalbleitern kombinieren, um dem Fahrzeug teilautonome und schließlich vollständig autonome Fähigkeiten zu verleihen.

Dazu gehören unter anderem fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) wie Kollisions- und Toter-Winkel-Warnungen, ausgefeilte Infotainment- und Telekommunikationsoptionen sowie die präzise elektrische Steuerung wichtiger Fahrzeugteilsysteme wie des Antriebsstrangs.

Die Entwicklung hin zum vernetzten Auto führt zu einem grundlegenden Wandel in der Lieferkette der Automobilindustrie, was für GF eine einzigartige Chance darstellt. Traditionell gab es getrennte und unterschiedliche Ebenen von Automobilzulieferern. An der Spitze der Lieferkette stehen die Automobilhersteller selbst, die so genannten OEMs (Original Equipment Manufacturers). Tier-1-Zulieferer wie Bosch, Continental, Delphi usw. liefern Teile und Systeme in Automobilqualität direkt an die OEMs.

Tier 2 ist der Bereich, in den wir uns schon immer eingefügt haben. Tier 2-Zulieferer wie Halbleiterunternehmen haben traditionell die Tier Ones mit Teilen für Automobilsysteme beliefert und haben in der Regel nicht direkt mit den OEMs zusammengearbeitet. Dies ändert sich jedoch gerade. Da immer mehr elektronische Systeme in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden und diese immer komplexer werden, besteht ein größerer Bedarf, Systemarchitekturen und Netzwerke zu verstehen und komplexe IP- und Qualitätsstandards in die Entwicklung und Herstellung der SoCs und anderer Chips einzubringen, die diese Anforderungen erfüllen.

Das ist genau das, was wir hier bei GF tun. Deshalb haben wir vor kurzem eine Plattform namens AutoPro™ angekündigt, die OEMs und anderen Kunden aus der Automobilindustrie eine breite Palette von Technologielösungen, Design- und Fertigungsdienstleistungen bietet, die ihnen helfen, vernetzte Intelligenz zu implementieren und gleichzeitig den Zertifizierungsaufwand zu minimieren und die Markteinführung zu beschleunigen.

AutoPro basiert auf unserer 10-jährigen Erfahrung in der Automobilbranche und nutzt die vielfältigen Technologien von GF für Automobilkunden. Es umfasst unsere Silizium-Germanium-(SiGe), FD-SOI-(FDX™), RF- undfortschrittlichen CMOS-FinFETs, Packaging- und Intellectual Property (IP)-Technologien.

Wichtig ist, dass es auch Systemarchitekten gibt, die direkt mit OEMs zusammenarbeiten. In den letzten Jahren hat GF viele Mitarbeiter mit umfassender SoC-Erfahrung im Automobilbereich eingestellt, wie z. B. mich selbst, und die Netzwerksystemdesigner in unserem branchenführenden ASIC-Geschäft aus der Übernahme von IBM Microelectronics sind beispiellos.

Die AutoPro-Lösungen unterstützen alle AEC-Q100-Qualitätsstufen von Grad 2 bis Grad 0. Darüber hinaus sorgen wir mit unserem AutoPro-Servicepaket für technologische Bereitschaft, operative Exzellenz und ein robustes, automobilgerechtes Qualitätssystem.

Dadurch erhalten die Kunden Zugang zu den neuesten Technologien, die die strengen Qualitätsanforderungen der ISO, der International Automotive Task Force (IATF), des Automotive Electronics Council (AEC) und des VDA (Deutschland) erfüllen.

Obwohl AutoPro erst kürzlich eingeführt wurde, arbeiten wir bereits mit Automobilherstellern zusammen. Eines der Unternehmen, das wir nennen können, ist Audi, das unsere Angebote für die Automobilindustrie als wesentlich für die schnellere und zuverlässigere Bereitstellung von Automobilelektronik der nächsten Generation bezeichnet hat.

Es ist noch viel zu tun, aber der Weg ist noch offen.