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Altera发布高端FPGA,功耗降低是最大特点
     革新科技  来源:不详 日期:2007/1/19 11:10:19 阅读:1745 次
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在不久前举行的2006 SOPC WORLD活动上,Altera发布了采用65纳米工艺的高端FGPA产品Stratix III系列。为了迎合FPGA开始成为系统核心芯片这一发展趋势,Stratix III在功耗、性能、易用性和成本等四大方面均有改善,其中可编程功耗技术能够在大幅降低功耗的同时达到高性能要求。与前一代90纳米工艺的Stratix II器件相比,硬件体系结构提升和Quartus II软件改进使Stratix III功耗降低了50%,同时性能提高25%,密度则是前者两倍。

Altera产品和企业市场副总裁Danny Biran介绍说:“目前一个重要的趋势是,高性能FPGA已经开始成为了系统的核心芯片,系统制造商对FPGA的要求也越来越严格,体现在功耗、性能、易用性(设计效率)和成本等四大方面。”他解释说,由于ASSP和ASIC开发成本越来越高,越来越限于少数大批量应用领域,目前的FPGA在成本和性能(可支持的I/O和存储器)方面都可以满足客户的需求,已经成为很多系统的核心器件。典型的一个例子就是无线基站,相比2G基站,3G基站中采用FPGA的机会多出了2~3倍。

针对系统核心应用的Stratix III比前代功耗降低50%。
针对系统核心应用的Stratix III比前代功耗降低50%。

事实上,FPGA成为系统核心也经历了一个漫长的过程。当第一代FPGA于20世纪80年代中期出现的时候,拥有16K等价逻辑单元(LE),主要用于胶合逻辑;随后密度提升至40K LE,用于控制逻辑;再后来提升至80K LE,可用于数据通路;而FPGA密度可以达330K LE(Stratix III为48K至338K LE),可以作为系统核心。

由于性能与功耗有着直接的正相关关系,所以当FPGA用作系统核心芯片后,功耗便成为最大挑战之一,一个明显的事实是最初用于胶合逻辑的FPGA通常仅占系统功耗预算的2%,而目前高端FPGA轻易就占据整个系统功耗预算的40%甚至更多!Biran指出:“对于65纳米产品来说业界最关心的就是功耗问题,而低功耗技术也是Stratix III最大的特色。”

为保证具有较高性能的同时降低系统功耗,Stratix III采用了两种创新技术。第一种是可编程功耗技术,它针对设计中需要的地方提高性能,而把其它地方的功耗降到最低,从而降低了总功耗。换句话说,以前只能定义FPGA中逻辑单元的功能,而新技术则能够实现对各个逻辑单元的功耗进行单独定义,这样仅有运行在较高速度的逻辑单元保持高功耗,而其他单元根据需要分配不同功率,以达到降低整体功耗的目的。

在对71个客户设计进行分析后Altera发现,这些设计仅有20~30%采用了高性能逻辑,而剩余大部分都只需要较低的功耗即可正常工作。Stratix III的可编程功耗技术支持每一个可编程逻辑阵列模块(LAB)、DSP模块和存储器模块在高速或者低功耗模式下独立工作,而且这一工作无需人工干预,Quartus II 6.1软件的PowerPlay功能对设计自动进行分析,确定哪些模块位于关键通路上,需要最好的性能,并把这些模块设置为高速模式,所有其他逻辑自动进入低功耗模式。第二种功耗优化技术——可选内核电压,则使设计人员能够根据最大性能需求选择1.1V设计,或者根据低功耗要求选择0.9V设计。

而在性能提升方面,Stratix III更是比前一代器件快25%,密度是前一代FPGA的两倍,支持40多个I/O接口标准,具有业界一流的性能、灵活性和信号完整性。为满足不同应用需求,Altera的Stratix III产品首先推出三个系列:第一种在逻辑、存储器和DSP资源上达到均衡,适合一般应用;第二种增强了存储器和DSP资源,适合存储器和DSP比较密集的应用;第三种集成了收发器,适合宽带接口应用。

Biran特别强调了一同发布的Quartus II 6.1软件大幅提升了易用性,可帮助用户实现优异的性能和生产率。Biran指出:“由于当今客户最关心的是如何提高其设计团队的生产率,因此,工具的性能和FPGA器件的性能同样重要。”新版本软件特别对PowerPlay功耗优化工具进行了改进,与Stratix III的可编程功耗技术相结合,使得总功耗比Stratix II降低了50%。

而在成本方面,Altera到目前仍坚持单一晶圆代工伙伴的策略,以降低成本并减少产品差异化风险。Biran表示,Altera与台积电有非常紧密的战略合作关系,双方在改善产品良率方面进展非常好。他特别指出:“Altera还提供独特的从Stratix III FPGA至HardCopy结构化ASIC的无风险移植途径。”

Stratix III系列第一种型号的工程样片将于2007年第三季度供货。Altera提前发布是因为Quartus II 6.1设计软件已经可以提供支持,客户目前就已经可以用设计软件启动Stratix III设计。Biran表示,目前客户已经开始了设计工作,预计2008年初Stratix III将量产出货,最初将是应用于高端通信设备,例如无线基站。据了解,该公司已有计划进一步将65纳米工艺用于其低成本可编程逻辑器件Cyclone系列,但具体进程则没有透露。

Altera在全球各地发布其65纳米FPGA的同时,老对手Xilinx也不忘路演其第二个系列的65纳米FPGA产品,以表明领先性——Xilinx在2006年3月就发布了其首个65纳米FPGA产品系列,并可以提供样片,比Altera领先近一年的时间。对此,Biran表示:“我们的策略不是要第一个推出先进工艺产品,而是要第一个实现产品量产。无论是130纳米,还是90纳米,从产品推出到量产,我们所花费的时间都是业界最短的。我们保持着产品首发成功的记录——按时或者提早交付产品。”他介绍说,为了确保产品能够迅速量产,Altera十分注重产品推出前的优化工作。早在2003年,Altera就投出了第一颗65纳米测试芯片,到目前已经有了8款不同的测试芯片,通过这些测试芯片,Altera把一些技术问题和瓶颈都解决了,确保推出65纳米芯片的时候,不会使客户出现采用新工艺时带来的任何问题。

 
 
   
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