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 |
|---|---|
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. |
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 |