High-Performance ALM und Interconnect

Die Intel® Stratix® Serie von FPGAs mit hoher Dichte und Leistung nutzt Intels innovative adaptive Logikmodulstruktur (ALM), um die effizienteste Logikstruktur zu bieten, die jemals in einem FPGA eingesetzt wurde. Stratix® V FPGAs nutzen ein erweitertes adaptives Logik-Modul und MultiTrack Interconnect für ein hocheffizientes, leistungsstarkes FPGA.

Erweitertes Adaptives Logik-Modul

Stratix V Geräte verwenden ein erweitertes ALM, um Logikfunktionen effizienter zu implementieren. Das erweiterte ALM verfügt über acht Eingänge mit einer frakturierbaren Look-up-Tabelle (LUT), zwei dedizierte eingebettete Addierer und vier dedizierte Register, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. ALM Blockdiagramm.

Das erweiterte ALM hat auch:

  • Sechs Prozent mehr Logik im Vergleich zur vorherigen ALM-Generation, die in Stratix® IV-Geräten eingesetzt wird.
  • Ausgewählte LUT-basierte Funktionen mit 7 Eingängen, alle Logikfunktionen mit 6 Eingängen und zwei unabhängige Funktionen mit kleineren LUT-Größen (z. B. zwei unabhängige LUTs mit 4 Eingängen) implementiert, um die Kernnutzung zu optimieren.
  • 4 Register pro frakturierbarem LUT mit 8 Eingängen. Dadurch können Stratix V-Geräte die Core-Leistung bei höherer Core-Logikauslastung maximieren und einen einfacheren Zeitabschluss für registerreiche und stark pipelinerte Designs bieten.

Die Intel® Quartus® Software nutzt die Stratix V ALM-Logikstruktur, um höchste Leistung, optimale Logiknutzung und kürzeste Kompilierzeiten zu gewährleisten. Die Intel Quartus-Software vereinfacht die Wiederverwendung von Designs, da sie Legacy-Stratix-Designs automatisch in die neue ALM-Architektur abbildet.

Die ALMs werden mit der MultiTrack-Interconnect-Architektur geroutet, wodurch ein FPGA der Intel Stratix-Serie Hochgeschwindigkeits-Logik-, Arithmetik- und Registerfunktionen implementieren kann.

Weitere Einzelheiten zu den Logikarchitekturen früherer FPGA-Produktreihen der Intel Stratix-Serie finden Sie in den entsprechenden Handbuchkapiteln im Abschnitt zur Gerätedokumentation auf unserer Literaturseite.

Tabelle 1 zeigt die Merkmale und Vorteile des Wechsels zur erweiterten ALM-Struktur in Stratix V FPGAs.

Tabelle 1: ALM Funktionen und Vorteile

Verfügbare Ressourcen pro ALM

Vorteile

Frakturierbare LUT mit 8 Eingängen.

    Kann jede Logikfunktion mit 6 Eingängen und bestimmte Funktionen mit 7 Eingängen implementieren und in unabhängige kleinere LUTs unterteilt werden, z. B. zwei unabhängige LUTs mit 4 Eingängen

    Die Intel Quartus-Designsoftware integriert diese Frakturierbarkeit und optimiert sie hinsichtlich Leistung, Effizienz, Stromverbrauch und Bereich.

Zwei eingebettete Addierer

    Ermöglicht zwei Zwei-Bit-Additionen oder zwei Drei-Bit-Additionen ohne zusätzliche Ressourcen

    Operanden können aus demselben ALM generiert werden und erfordern keine zusätzliche Logik.

Vier Register

    Optimales Verhältnis von Register zu Logik, um sicherzustellen, dass das Gerät nicht registerbegrenzt ist

    Reichlich Register für Anwendungen mit vielen Registern oder Pipeline-Designs für mehr Leistung

Vier Ausgänge

    Die Eingaben eines einzelnen ALM können auf die beiden Ausgabefunktionen aufgeteilt werden, sodass breite Eingabefunktionen schnell ausgeführt und schmale Eingabefunktionen die verbleibenden Ressourcen effizient nutzen können.

MLAB

    Der Kern eines FPGA der Intel Stratix-Serie umfasst einen Logik-Array-Block (LAB), der aus regulären ALMs besteht oder als einfacher 640-Bit-Dual-Port-SRAM-Block (bekannt als MLAB) konfiguriert ist.

    MLABs können als 64 x 10 oder 32 x 20 einfache Dual-Port-SRAM-Blöcke konfiguriert werden. Die MLABs sind für die Implementierung von Filterverzögerungsleitungen, kleinen FIFO-Puffern und Schieberegistern mit einer maximalen Leistung von 600 MHz Taktfrequenz optimiert.

Weitere Informationen finden Sie im Kapitel Logic Array Blocks and Adaptive Logic Modules des Stratix V-Gerätehandbuchs.

MultiTrack Interconnect

Die leistungsstarken FPGAs der Intel Stratix-Serie nutzen die MultiTrack Interconnect-Technik. Diese Technike besteht aus kontinuierlichen, leistungsoptimierten Routing-Linien unterschiedlicher Länge, die für die Kommunikation innerhalb und zwischen verschiedenen Designblöcken verwendet werden.

Die in Abbildung 2 dargestellte MultiTrack Interconnect-Technik, wird in den FPGAs der Intel Stratix-Serie verwendet, um:

  • die branchenweit beste Konnektivität mit bis zu fünfmal mehr Logik in einem einzigen Hop (im Vergleich zur Konkurrenz) zu liefern.
  • mehr Zugänglichkeit zu allen umgebenden LABs mit viel weniger Verbindungen zu bieten, wodurch die Leistung verbessert und der Stromverbrauch reduziert wird.
  • Überlastung des Bereichs zu vermeiden, um eine bessere logische Verdichtung zu erreichen.

Abbildung 2. MultiTrack Interconnect-Konnektivität der Stratix FPGA-Serie.

Hops

Erreichbare Logikelemente (LEs)

1

1.007

2

3.498

3

6.042

Gesamt

10.547