過去，每兩年才能提升現場可編程閘陣列(FPGA)10%的效能，對于日新月異的網路、電信或云端基礎建設來說，速度有些慢，對系統設計人員來說，設計過程中將遭遇不少挑戰。其中，提升系統效能及效率、縮減系統尺寸與降低功耗，都是讓設計工程師亟需更高效能FPGA的原因。

　　由于FPGA效能提升速度如“老牛拉車”，面對新一代行動通訊技術如長程演進計畫(LTE)、LTE-Advanced，甚至下一代的5G技術，對電信基礎建設骨干傳輸速度的要求;以及物聯網(IoT)、云端運算(Cloud Computing)應用對資料中心網路頻寬的再提升，FPGA勢必加快效能提升的腳步。所幸，在FPGA業者的努力下，FPGA效能有突破性的進展。

　　Altera資深產品行銷總監Patrick Dorsey表示，之前，Altera提升FPGA效能的方式是擴展資料傳輸管線(Data Path)，期望越大的管線可以提升資料傳輸的速度，但這樣的作法反而導致更難以實現精確的布線、時脈(Clock)，以至于FPGA效能提升有限，且總延遲時間長。因此Altera新研發的HyperFlex架構則改變作法，取經英特爾(Intel)核心布線方式，縮小資料傳輸管線外，并在所有布線上增加10倍數量的超級暫存器，進而將FPGA效能增進2倍之多。

　　而此新架構也已實現在Altera Stratix 10系列，現階段也有業者以軟體的方式測試此新FPGA為其系統帶來的好處。

　　刷新高階FPGA性能紀錄!

　　專注于資料中心(Data Center)、通訊、網路或物聯網(IoT)基礎設施…等系統設計人員，在設計時都相當重視三個關鍵要素--系統性能與效率、系統整合度與安全性，因此設計工程師需要選用高階的現場可編程閘陣列(FPGA)，確保產品能符合上述三項需求。然而現有的晶片產品已越來越難滿足日新月異的網路基礎建設要求，因此FPGA業者透過暫存器無所不在技術，將可全面提升FPGA與SoC的效能。

　　剛被英特爾(Intel)收購的Altera資深產品行銷總監Patrick Dorsey表示，過去每兩年才能將FPGA性能提升10%，因此一般人很難相信如何在間隔一個世代的產品間，一舉將FPGA核心性能提升2倍、同時還能減少70%的功耗、提升電晶體密度，并還能擁有全面性的安全防護特性。祕訣就在于，利用暫存器無所不在技術，以及在晶片內部內建安全元件管理器(SDM)。

　　物聯網的發展促使通訊后端骨干基礎建設傳輸頻寬與效率須不斷提高，然而受限于晶片內部布線方式未創新，導致FPGA性能的提升速度過慢、總延遲時間高，因此先前FPGA業者包括Altera或賽靈思(Xilinx)多以增加更寬、更多的匯流排技術試圖提升FPGA的效能。但結果則是增加了資料傳輸的壅塞、無法時間更精確的時脈(Clock)，反而造成工程師在系統設計上遭遇更多難題。

　　物聯網萬物皆可聯網的宗旨導致通訊后端基礎建設的資料傳輸速率也需不斷地提升。

　　有鑒于此，Altera開發HyperFlex技術。Dorsey指出，事實上，HyperFlex是個非常簡單的概念，就是把寄存器放在邏輯單元之中，與FPGA相互配合，亦即Altera在HyperFlex架構中，實現無所不在的寄存器的安放，也就是說在HyperFlex整個布線中會有上千萬個寄存器存在，較過去多上10倍。

　　透過增加暫存器，可使晶片內部溝通更有效率，進而提升效能。

　　舉例來說，系統中，當一個功能要和另一個功能進行溝通時，通常是在幾個奈秒(ns)間，就這個通話溝通過程中會出現不同波形的轉換。所謂系統的性能，實際上就是這個系統進行通話過程中，它出現最長的延時會是多少，而HyperFlex架構的優勢就在于可進一步再降低延時時間，使系統間的溝通更為快速和順暢。

　　因透過HyperFlex架構把整個系統性能中的時序進行分割，使系統所需的溝通管道變短、變寬，促使FPGA性能提高2倍，相較之下，功耗也可進一步降低、晶片面積也會隨之減少一半。這對資料中心設計工程師來說，過去可能需要使用5顆FPGA，現在僅需一顆即可以讓系統整體功率降低63%。

　　另一方面，在固網光交換系統中，采用HyperFlex架構的FPGA，除了效能提升2倍之外，功耗降低40%，且面積縮小30%。Dorsey強調，系統設計人員都希望能透可編程技術實現硬體系統的優化和定制化，然在此過程中，系統設計人員面臨的挑戰是得在提升效能的同時，還須降低功耗。HyperFlex架構可讓設計人員在自己做設計的情況下，能實現硬體定制化。達到效能和功耗的良好匹配。