9个关于SSI芯片的必知问题

1. 什么是SSI芯片？

SSI是Stacked Silicon Interconnect的缩写。SSI芯片其实就是我们通常所说的多die芯片。其基本结构如下图所示。可以看到SSI芯片的基本单元是SLR（Super Logic Region），也就是我们所说的die。SLR之间通过Interposer“粘合”在一起。每个SLR可看做一片小规模FPGA。

2. 如何从芯片型号上判断FPGA是否是多die芯片?

在芯片选型手册上，有如下图所示说明，根据图中红色方框标记可判断该芯片是否是SSI芯片。

3. UltraScale和UltraScale+系列有哪些芯片是SSI芯片？

总的来说，UltraScale+大部分都是多die芯片，如下图所示。图中还可以看到每个芯片所包含的SLR的个数以及每个SLR的大小。SLR的大小以时钟区域（Clock Region）衡量，例如，VU5P有两个SLR，每个SLR的宽度为6，高度为5，所以共有6x5也就是30个Clock Region。同时，还可以看到每个SLR的大小是一致的。

图片来源：Table 19，ds890

4. 在Vivado下如何判断芯片是多die芯片？

只要获知芯片的具体型号，在Vivado Tcl Console中执行如下图所示命令即可获得该芯片所包含的SLR的个数。例如，对于XCVU5P，属性SLRS的返回值为2，说明该芯片有两个SLR，故其是多die芯片；而对于XCVU3P，返回值为1，说明该芯片只有一个SLR，故其是单die芯片。

5. 多die芯片的每个SLR地位一样吗？

多die芯片的每个SLR其结构基本是一致的，都包含CLB、Block RAM、DSP和GT等。但这些SLR的地位是不一样的。这其中只有一个SLR是Master SLR。通过如下图所示的命令可获取Master SLR（需要在打开的工程中或DCP中执行该命令）。通常SLR0为Master SLR。用于配置FPGA的电路、DNA_PORT和EFUSE_USER只存在于Master SLR中。

6. SLR之间是如何互连的？

这是多die芯片设计中的一个重要问题。SLR之间通过专用布线资源SLL（Super Long Line）互连。SLL的个数是有限的。以XCVU5P为例，可通过如下命令获取SLL的个数。这在设计初期是非常重要的。需要根据此数值评估跨die网线个数是否合理。跨die网线过多很可能造成布线拥塞，进而影响时序收敛。

7. 跨die时钟需要特殊处理吗？

对于SSI器件，Interposer上分布了专用的全局时钟走线，因此，对于跨die时钟并不需要特殊处理，同时该时钟也不会占用SLL。

8. Block RAM和DSP48能否跨die级联？

以DSP48为例，其有专门的级联端口，例如PCOUT/PCIN。因此，相邻的两个DSP48级联时，会使用专用的级联布线资源。但是，这种布线资源仅限于die内。类似地，Block RAM、Carry Chain等在die内可使用固有的级联布线资源。

9. 对于多die芯片，如何评估资源利用率？

器件选型阶段需要根据设计规模选择合适的芯片。这个阶段，需要根据整个设计的资源利用率确定芯片规模。一旦选定SSI器件，就要及早考虑模块划分，也就是如何将设计分配到每个die内，使每个die的资源利用率尽可能平衡，此时就要考虑每个die的资源利用率，避免出现某个die某一资源利用率过高以至于出现拥塞，而另一个die该资源利用率偏低的情形。这一工作要在设计初期完成，本质上就是要设计好合理的数据流，从而达到两个目的：每个die的资源利用率比较均衡；跨die网线个数合理。