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可重配置FPGA使創新器件更易實現

2010-10-27

  由于系統日趨復雜,在成本、開發板容量及功耗均面臨嚴苛限制的今天,設計人員往往需要以更少的資源實現更高的目標,而FPGA的可配置能力加上其固有的可編程性,使其成為設計人員的一項重要選擇。Xilinx" title="Xilinx">Xilinx資深副總裁兼首席技術官Ivo Bolsens表示,異構多核是處理各種類型數據的最有效解決方案,非對稱的多核定義功能不同的CPU,而可重構的特性決定了FPGA是目前市場中唯一可將高性能與后延遲混合的半導體器件。

  Ivo Bolsens認為,市場的增長主要是來自用戶對新技術、新器件的需求,而FPGA則是滿足這些創新需求可行的技術手段,因為未來可重配置" title="可重配置">可重配置的構制能力是必需的,如某一時段要處理數據,另一時段又要處理娛樂應用,這只有FPGA能做到,ASIC則無法勝任。新型FPGA系列產品使開發人員能在多種系統(包括功耗不到2W的便攜式超聲波設備、供電電壓為12V的車載信息娛樂系統,以及低成本LTE基帶和毫微微蜂窩基站等)中實施可編程解決方案,而此前這只有ASSP和ASIC才能做到。

  Ivo Bolsens表示,Xilinx高度重視總功耗的最小化,通過采用專為實現低靜態功耗而優化的獨特 HKMG(高介電層/金屬閘)工藝,實現相對于其它28nm工藝將靜態功耗降低一半。而Xilinx創新型架構增強技術則降低邏輯和 I/O的靜態功耗。另外,Xilinx集成于其ISE 12 設計套件中的智能時鐘門技術,使得最新FPGA系列相對于Virtex-6和Spartan-6將總功耗降低了一半,也比其它28nm FPGA的功耗降低30%。大幅降低功耗不僅使 FPGA 能夠滿足最新應用要求,而且還讓Xilinx能推出可用性更強的28nm系列產品——Kintex 7、Virtex 7、Artix 7系列。Ivo Bolsens介紹,Xilinx的7系列幫助設計人員可在 DSP 高性能對稱模式下充分發揮高達4.7 TMACS 的性能(非對稱模式下為2.37TMACS),而且能使用 200 萬個時鐘速度高達600MHz的邏輯單元,實現高達 2.4Tbps 的高速連接功能,同時還能保證不超出用戶在功耗方面的預算。

Xilinx混合型多核平臺架構框圖

Xilinx混合型多核平臺架構框圖

  部分可重配置技術具備可即時調整的高度靈活性,可以大幅擴充單一FPGA的容量。在器件運行中,設計人員可對FPGA某些區域進行重新編程,藉此加入新的功能,而器件其余部分正在運行的應用則完全不會受到任何影響。例如,當用戶開發無線光傳輸網絡方案時,能少用30%?45%的資源就可實現多端口多路復用器/轉發器的功能。部分可重配置技術還可以幫助設計人員有效地管理功耗,當系統無需在最高性能運行時,可以使用低能耗的方式來替代高能耗功能運行。Ivo Bolsens表示,針對降低BRAM功耗要求,Xilinx通過一系列獨特的算法,使ISE設計套件可以自動中斷不必要的邏輯運行,而這正是引起耗電的關鍵因素。通過在綜合過后而非在RTL層實現功耗優化,ISE可降低多達30%的整體動態功耗。

  通過采用更直觀的設計流程以及界面,包括一個經進一步改進的時序約束和時序分析流程,自動插入代理邏輯以橋接靜態和可重配置部分,并具備完整的設計時序收斂和仿真功能,使Xilinx的部分可重配置技術更加易于使用。Ivo Bolsens認為,通過模塊化的組件和自動化的設計工具,Xilinx甚至可讓一位根本不懂FPGA的設計人員完成高性能的FPGA設計。

  所有7系列FPGA均采用統一架構,使客戶既能降低成本和功耗,也能提高性能和容量,從而降低低成本和高性能系列產品的開發投資。對于希望利用Xilinx最新7系列FPGA進一步實現節能或提高系統性能和容量的客戶,Ivo Bolsens建議,可以先用Virtex-6和Spartan-6 FPGA進行設計,然后在時機成熟時將設計方案進行移植。Ivo Bolsens解釋,統一架構的7系列,會隨著Xilinx的AMBA AXI互連標準的采用而得到簡化,并支持即插即用型IP的使用,從而有助于客戶提高設計效率,降低開發成本。

  Xilinx通過與ARM合作開展AMBA規范工作,使這些產品支持IP重用、可移植性和可預見性。一個統一的架構,一個新的不以處理器為中心的器件,加上一個采用新一代工具的分層設計流程,不僅可大幅提高設計效率、靈活性和片上系統性能,同時還將簡化前代架構的移植工作。Ivo Bolsens表示,實現統一架構上的多系統運行,就是市場需求的發展方向,而FPGA技術則是滿足這種需求變化的可行性選擇。

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