Cyclone® IV FPGA

Optimierung der Systemkosten

Alle Cyclone® FPGA erfordern nur zwei Stromversorgungen für den Betrieb, was Ihr Stromverteilungsnetzwerk vereinfacht und Ihnen Kosten, Platz auf der Platine und Entwicklungszeit spart. Mit den integrierten Transceivern auf der Cyclone® IV FPGA-Architektur erhalten Sie ein vereinfachtes Board-Design und eine vereinfachte Integration. Darüber hinaus können Sie dank der Flexibilität der Transceiver-Taktarchitektur mehrere Protokolle implementieren und dabei alle verfügbaren Transceiver-Ressourcen voll ausnutzen. Dank der Integration und Flexibilität des Cyclone® IV GX FPGA können Sie in einem kleineren, kostenoptimierten Baustein entwickeln und so Ihre Gesamtsystemkosten senken.

Energieverbrauch senken

Die Cyclone® IV E FPGA basieren auf einem optimierten 60-nm-Prozess mit niedrigem Stromverbrauch und bauen die führende Position der Cyclone® III FPGA der vorherigen Generation im Bereich des niedrigen Stromverbrauchs aus. Die Cyclone® IV E FPGA reduzieren die Spannung im Kern, wodurch die Gesamtleistung im Vergleich zum Vorgängermodell um 25 Prozent sinkt. Mit den Cyclone® IV GX Transceiver-FPGA können Sie eine PCI Express*-zu-Gigabit-Ethernet-Brücke für weniger als 1,5 Watt bauen.

Die Cyclone® IV FPGA von Intel sind für den niedrigsten Stromverbrauch optimiert und helfen Ihnen, die thermischen Anforderungen besser zu bewältigen. So können Sie die Kosten für die Systemkühlung reduzieren oder ganz vermeiden und die Akkulaufzeit für Handheld-Anwendungen verlängern.

Cyclone® IV FPGA Leistungsaufnahme

Die Cyclone® IV FPGA-Produktreihe demonstriert Intels Führungsrolle im Bereich der stromsparenden FPGA. Mit verbesserter Architektur und Chips, fortschrittlicher Halbleiter-Prozesstechnologie und Power-Management-Tools konnte der Stromverbrauch der Cyclone® IV FPGA im Vergleich zu den Cyclone® III FPGA um bis zu 25 Prozent reduziert werden.

Die folgende Abbildung zeigt die statische Leistungsaufnahme von Cyclone® IV E Bauteilen bei 85°C Sperrschichttemperatur. Beim kleinsten Cyclone® IV EP4CE6-Baustein beträgt die Leistungsaufnahme nur 38 mW bei 85°C und beim größten Cyclone® IV EP4CE115-Baustein beträgt die statische Leistungsaufnahme nur 163 mW bei 85°C.

Vorteile des niedrigen Stromverbrauchs

Die Senkung des Stromverbrauchs von programmierbaren Logik-Bausteinen bringt weitreichende Vorteile für viele Anwendungen mit sich. Ein niedrigerer Stromverbrauch ist jedoch nur ein Aspekt der Systemleistung. Die folgende Abbildung zeigt, dass das Cyclone® GX FPGA den FPGA-Energieverbrauch im Durchschnitt um 30 Prozent senkt.

Silizium und architektonische Optimierungen

Der statische Strom kann mit dem Submikron-Halbleiterprozess drastisch ansteigen, wenn keine Strategien zur Leistungsreduzierung eingesetzt werden. Der statische Stromverbrauch steigt bei Submikron-Prozesstechnologien vor allem aufgrund des erhöhten Leckstroms in der Unterschwellenphase.

Durch den Einsatz einer Low-Power (LP)-Prozesstechnologie, die traditionell von großen Halbleiterherstellern für Mobiltelefonkomponenten verwendet wird, hat Intel den Leckstrom für eine niedrige statische Leistung minimiert. Die durch diesen fortschrittlichen Prozess ermöglichten kleineren Geometrien in Verbindung mit architektonischen Optimierungen ermöglichen es den Cyclone® IV FPGA, den dynamischen und statischen Stromverbrauch auf ein Minimum zu reduzieren. Zu den Prozess- und Architekturverbesserungen, die Intel bei Cyclone® IV FPGA einsetzt, gehören die Verwendung von niedrigen k-Dielektrika, variable Kanallängen und Oxiddicken sowie mehrere Transistorschwellenspannungen.

Genaue Leistungsabschätzung und -analyse

Intel bietet mit den genauesten und vollständigsten Power-Management-Design-Tools Unterstützung bei der Stromverbrauchsabschätzung und -analyse, vom Designkonzept bis zur Implementierung. Intel verfügt über bis zu 125°C und Worst-Case-Schätzungen der Siliziumleistung für die niedrigen Produktreihen der FPGAs in seiner Tool-Suite. Intel verfügt über die folgenden Ressourcen zur Leistungsabschätzung und -analyse:

• Cyclone® IV, der frühe Leistungsschätzer.
• Quartus® Prime Technik zur Leistungsanalyse und -optimierung.
• Ressourcen-Center für die Energieverwaltung.

Verwendung des Early Power Estimators (EPE) in der Phase des Entwurfskonzepts und des Power Analyzers bei der Entwurfsumsetzung. EPE ist ein tabellenbasiertes Analysewerkzeug, das ein frühzeitiges Leistungsscoping auf der Grundlage der Geräte- und Gehäuseauswahl, der Betriebsbedingungen und der Gerätenutzung ermöglicht.

Der Power Analyzer ist ein weitaus detaillierteres Tool zur Stromverbrauchsanalyse, das die tatsächliche Platzierung und das Routing des Designs sowie die Konfiguration der Logik verwendet. Das Tool kann simulierte Wellenformen verwenden, um die dynamische Leistung sehr genau abzuschätzen. Der Leistungsanalysator bietet in der Regel eine Genauigkeit von ± 10 %, wenn er mit genauen Entwurfsinformationen verwendet wird. Die Quartus® Prime-Leistungsmodelle korrelieren eng mit den tatsächlichen Siliziummessungen.

Intel verwendet mehr als 5.000 verschiedene Testkonfigurationen, um die Leistung der einzelnen Komponenten in einem FPGA der Cyclone® Reihe zu messen. Bei jeder Konfiguration liegt der Schwerpunkt auf der Messung einer einzelnen Schaltungskomponente des FPGA in einer bestimmten Konfiguration.

Quartus® Prime Power Optimization

Details der Design-Implementierung können die Leistungsfähigkeit verbessern, den Platzbedarf minimieren und den Stromverbrauch reduzieren. In der Vergangenheit wurden die Leistungs- und Flächenabwägungen innerhalb der Registertransferebene (RTL) durch den Place-and-Route-Designflow automatisiert.

Quartus® Prime Software zur Optimierung der Stromversorgung verwenden automatisch die Funktionen der Cyclone® IV FPGA-Architektur, um im Vergleich zu Cyclone® III FPGA einen um bis zu 25 % geringeren dynamischen Stromverbrauch zu ermöglichen.

Die Quartus® Prime Entwicklungssoftware bietet viele automatische Stromverbrauchsoptimierungen, die für den Entwickler transparent sind, aber eine optimale Nutzung der FPGA-Architektur zur Minimierung des Stromverbrauchs ermöglichen. Zum Beispiel können Sie mit der Quartus® Prime Software Folgendes tun:

• Transform major functional blocks.
  
• Benutzer-RAMs so zuordnen, dass sie weniger Strom verwenden.
• Umstrukturierung der Logik zur Verringerung der dynamischen Leistung.
• Wählen Sie die Logikeingänge richtig aus, um die Kapazität von High-Toggling-Netzen zu minimieren.
• Reduzierung des Flächen- und Verdrahtungsbedarfs für die Kernlogik zur Minimierung der dynamischen Leistung beim Routing.
• Ändern Sie die Platzierung, um die Taktleistung zu reduzieren.