按照行业惯例，“小型FPGA”通常是指逻辑密度低于200K SLC(系统逻辑单元)的FPGA产品。2019年12月，莱迪思(Lattice)业界首发的Nexus™平台凭借低功耗、高性能、高可靠性、先进的安全性和易用性五大特点，为小型FPGA树立了“新标杆”，被行业视作“低功耗FPGA技术的重要更新”。
在此基础上，2019-2022年期间，莱迪思基于Nexus™平台先后打造了CrossLink-NX、Certus-NX、CertusPro-NX和MachXO5-NX等产品，为开发者提供了更强的架构灵活性和系统级集成能力，以满足通用及安全控制等应用需求。
莱迪思Nexus™平台
2024年，凭借在“先进的互连”、“优化的功耗和性能”和“领先的安全性能”三方面做出的重大改进，“下一代小型FPGA平台”Nexus™ 2和基于该平台的首个器件系列Certus™-N2通用FPGA，持续强化了莱迪思在小型FPGA领域的领先地位。
作为全球低功耗可编程器件的领先供应商，莱迪思深耕小型FPGA产品领域的步伐并未因此停下。日前，为Certus™-NX FPGA和MachXO5™-NX FPGA系列提供更多新的、高I/O密度的器件选项，再一次成为行业热点。
全新组合的新突破
此次新推出的Certus-NX和MachXO5-NX器件同样基于Nexus™™ FPGA平台，更丰富的器件选择，更高的I/O密度、性能和系统集成度，以及更强的稳定性和安全性，是新产品在多个维度展现出来的核心竞争优势——能让开发者精准匹配不同的应用需求，尤其是在功耗受限的人工智能、工业、通信、服务器和汽车应用中，它们对低功耗、小尺寸、高3.3V I/O密度和安全功能的FPGA器件通常有着更严苛的要求。
莱迪思推出全新Certus-NX和MachXO5-NX器件
与同类FPGA相比，新器件每平方毫米的I/O数量最多提升2倍，同时支持3.3V I/O 和1.5Gbps差分I/O，确保了更快、更稳定的数据传输。不仅如此，器件尺寸最多可缩小3倍，非常适合紧凑的电路板布局。
新器件功耗最多降低4倍，不仅能简化产品的散热设计，还能有效延长电池供电设备的使用寿命。器件内部的集成闪存使器件的启动配置速度最多提升12倍，大幅加快了系统即时启动时间。更重要的是，无需电源时序控制的设计，减少了外部电路和BOM成本。
在稳定性和安全性上，新器件软错误率最多降低100倍，显著提升了安全关键型应用的可靠性。内置的单错误校正(SEC)和存储块ECC，既能降低软错误的影响，又能有效抵御单比特翻转错误(SEU)，进一步保障了系统的稳定运行。
统一平台下的差异化设计
尽管同样都基于Nexus™平台，但考虑到不同垂直细分领域有各自不同的需求，莱迪思在产品规划时更倾向于“在统一平台下实现差异化设计”。例如CertusPro-NX就在功耗设计、系统带宽、边缘处理、可靠性、封装多样性等方面进行了增强；而与CrossLink-NX相比，Certus-NX FPGA为了提升I/O个数，去掉了MIPI硬核，这对于采用PCIe做普通控制的一些客户非常有帮助。
接下来，让我们以时间为轴，回顾一下不同产品系列各自的核心特质。
打开机器视觉新“视”界
随着边缘人工智能(Edge AI)的日益普及，为自动驾驶和机器人提供关键的安全和避障能力的智能视觉技术，正变得必不可少。未来，智能视觉系统将继续依赖深度学习模型和神经网络，提高图像的分析和识别能力，并利用强化学习和自主自适应学习，使系统能够从环境中不断学习和改进，并适应新的场景和任务。
为此，CrossLink™-NX FPGA在设计时结合了28nm FD-SOI技术和优化的FPGA架构，减少了100倍的软错误率，功耗降低达75%，两个4通道MIPI D-PHY收发器硬核的速率为2.5G/Lane（10Gbps/PHY），与同行相比性能提升约2倍。采用小尺寸WLCS封装，最小仅为4mm x 4mm，比同类型产品缩小近10倍，以确保向业界呈现一款具备高度可扩展性、低价格、低功耗，且提供灵活互连、支持各种I/O标准和协议的完美解决方案。
持续挑战功耗性能极限
Certus-NX系列FPGA是莱迪思在2020年基于Nexus™平台开发出的第二款FPGA产品，主要面向广泛的通信、计算、工业和汽车应用，FD-SOI工艺、小尺寸封装、灵活的I/O与PCIe Gen2、千兆以太网接口和高级加密功能，是Certus-NX系列最显著的产品“标签”。
逻辑资源方面，Certus-NX最多拥有65K逻辑单元、3.3Mb嵌入式存储器、128个18x18 乘法器、以及380个可编程I/O。支持最高1.5Gbps的差分I/O，比同类FPGA快70%，还支持5Gbps PCIe、1Gbps GigE和1066Mbps DDR3存储器接口。
与同类竞品相比，Certus-NX系列尺寸缩小多达3倍，最小至36mm2，每平方毫米I/O密度增加多达2倍；功耗最多可降低4倍；通过SPI存储器进行器件配置时，8-25ms的速度最高可达同类FPGA竞品的12倍。该系列采用28nm FD-SOI工艺制造，软错误率(SER)降低最高100倍，内置SEC和存储块ECC用于SEU保护，提升了安全关键型应用的系统可靠性。
开辟主流FPGA新天地
高级通用FPGA CertusPro-NX主要是为了满足智能系统中的数据协同处理、5G通信基础设施中的高带宽信号桥接、以及ADAS系统中的传感器接口桥接等创新应用需要而推出的。因此在设计上，CertusPro-NX FPGA支持多达8个可编程SERDES通道，速度高达10.3Gbps，提供同类产品中最高的系统带宽(是同类竞品FPGA的2倍之多)，并支持主流的通信和显示接口，如10 Gigabit Ethernet、PCI Express、SLVS-EC、CoaXPress和DisplayPort。
同时，为满足网络边缘AI和机器学习应用对稳定的数据协处理的需求，CertusPro-NX FPGA支持多达100K逻辑单元，是目前所有基于Nexus™的FPGA中逻辑密度最高的器件，其片上存储器容量也比同类其他FPGA高出约65%，是目前唯一支持LPDDR4 DRAM存储标准的低功耗FPGA。此外，CertusPro-NX在可编程架构基础上还增加了超高效的DSP模块，以及小型和大型内部存储器模块，用于支持人工智能和机器学习应用中的低延迟数据处理。
“增强型安全控制FPGA”
MachXO5-NX FPGA是Nexus™平台的第五款和MachXO系列的第六款器件，“更多逻辑和存储器资源”、“稳定的可编程I/O”、“行业领先的安全性能”和“领先的低功耗和稳定性”，是其作为“增强型安全控制FPGA”的核心竞争力所在。
MachXO5-NX FPGA拥有100K逻辑单元密度和更多的DSP模块与ADC模块，可提供更强大的计算和控制功能。与密度相近的FPGA相比，MachXO5-NX提供高达2.9倍的嵌入式存储器，高达36倍的专用用户闪存，轻松应对设计复杂化的趋势。同时，集成闪存支持单芯片解决方案，并支持瞬时启动操作和可靠的现场更新，以及多个配置映像。
随着安全威胁的不断增加，安全性在任何系统设计中都越来越重要。MachXO5-NX支持AES256位流加密和ECC256位流认证，保护系统设计的完整性。安全引擎也可在运行时使用，保护系统和FPGA之间的数据交换。相比之下，同类FPGA竞品目前还不能提供运行期间的安全功能。
这些FPGA如何创造价值？
不断在紧凑型、低功耗器件中引入更多的灵活性和功能，帮助开发人员应对各类创新设计中严格的散热、互连和尺寸限制，始终是莱迪思的使命所在。因此，让我们花些时间，一起看一看这些新器件是如何创造价值的：
在工业自动化系统中，高I/O密度、低静态与动态功耗的FPGA是空间受限应用(如控制模块和传感器聚合Hub)的理想选择。器件支持单轨上电且兼容任意电源时序，可简化电源架构和PCB布局；即时启动配置功能实现亚毫秒级启动，对延迟敏感环境中的可靠响应至关重要。
在汽车应用中，增强可靠性和强大的软错误缓解机制(如ECC保护的存储块和配置刷新)，是高级驾驶辅助系统(ADAS)、电池管理系统(BMS)和车载网络架构等系统满足功能安全合规的核心需求。这些FPGA的紧凑尺寸使其能无缝集成到空间受限的电子控制单元(ECU)中，同时满足汽车级工作条件下严苛的性能和散热设计要求。
在边缘AI应用(如智能摄像头或智能物联网节点)中，低功耗、高速I/O与安全配置的结合，可以实现边缘端实时数据处理。开发者可部署AI预处理、加密或传感器融合的定制逻辑，同时保持小巧的硬件尺寸。
在通信应用(如交换机、网络功能虚拟化和边缘计算)中，更高的3.3V I/O、优化的逻辑密度和封装尺寸，结合PCIe Gen2功能，使这些FPGA成为分担CPU负载的理想方案。位流验证和加密功能可满足不断提升的安全需求。
在服务器部署中，这些小尺寸安全FPGA提供硬件可信根、安全启动以及数据实时传输或处理过程中的快速加密，实现数据完整性与机密性。高I/O密度支持PCIe Gen 2、以太网等多千兆接口，实现低延迟数据传输和并行处理；紧凑外形可集成到密集的服务器刀片和网卡中，同时适应超大规模和边缘数据中心典型的严苛功耗与散热限制。
结语
小尺寸FPGA绝非“性能妥协”的代名词，而是通过架构优化、工艺革新与场景化设计，在低功耗、高可靠、强安全的维度开辟出全新价值空间。未来，随着智能设备对“小而强”的需求愈发迫切，莱迪思深耕小型FPGA领域的技术积淀与场景洞察，还将持续推动更多行业突破物理限制与性能瓶颈。