Stratix® IV FPGA DSP-Funktionen mit hoher Leistung

Stratix IV FPGAs sind eine großartige Lösung für hochleistungsfähige digitale Signalverarbeitungs-(DSP)-Systemanforderungen. Im Vergleich zu DSP-Prozessoren bieten die FPGAs der Stratix-Serie:

  • Mehr DSP-Leistung
  • Kosteneinsparung
  • Geringerer Energieverbrauch
  • Kleinere Platinenfläche
  • Mehr Plattform-Skalierbarkeit

Tabelle 1 zeigt, wie Sie ein einzelnes Stratix IV FPGA verwenden können, um mehrere DSP-Prozessoren zu ersetzen.

Tabelle 1: Vergleich eines Stratix IV FPGAs mit führenden Hochleistungs-DSP-Prozessoren

Spezifikation

Stratix IV EP4SGX70

Texas Instruments C64x

Taktfrequenz

400 MHz (max. 550 MHz)

1,2 GHz

Anzahl der Geräte

1

30

Gesamt GMACS1

153 (max. 708 in EP4SGX230)

144

Leistung insgesamt

~3 Watt

~68 Watt
30 x (1,76-W-Core + 0,53-W-I/O) @ 50 % Nutzung

Gesamtfläche

~1.225 mm2

~ 15.000 mm2

Gesamtkosten

209 USD
(1 x 209 @ 1 K-Einheiten)

9.000 USD
(30 x 300 @ 1 K-Einheiten)

Hinweis:

1. GMACS = Giga-Multiplikations-Akkumulations-Operationen pro Sekunde

Stratix IV FPGAs übernehmen die schwere DSP-Aufgabe

Mit Stratix IV FPGAs können Sie komplette DSP-Systeme mit hohem Durchsatz implementieren und sie als FPGA-Coprozessoren verwenden. In Coprozessoranwendungen beschleunigen Stratix IV FPGAs leistungskritische DSP-Funktionen, die andernfalls einen Großteil der Rechenleistung des Hostprozessors verbrauchen und die Gesamtsystemleistung verlangsamen würden.

Als Coprozessoren steigern Stratix IV FPGAs die Gesamtsystemleistung, indem sie komplexe Berechnungen in Wireless-, Broadcast-, medizinischen Bildgebungs- und Militärsystemen aus dem Host-Prozessor übernehmen.

Intel® FPGA bietet eine breite Palette von Support-Services, Tools und Entwicklungsplattformen für die Implementierung von DSP-Designs in Stratix IV FPGAs. Mit DSP Builder, einem Entwicklungstool für die Intel FPGA-Datenflussarchitektur basierend auf den branchenführenden MATLAB- und Simulink-Tools von The MathWorks, können Sie Stratix IV FPGAs auch schnell zu benutzerdefinierten FPGA-Coprozessoren entwickeln.

Sobald die Coprozessorarchitektur erfasst ist, kann sie automatisch in ein Intel FPGA Stratix IV FPGA implementiert oder in das Systementwicklungstool Intel FPGA SOPC Builder zur weiteren Integration in die Gesamtsystemarchitektur exportiert werden.

Intel FPGA bietet auch DSP-Entwicklungskits an, mit denen Sie Ihre DSP-Systeme in der Prototypphase Ihres Designzyklus in Hardware verifizieren können.

Plattformskalierbarkeit

Stratix IV FPGAs unterstützen die vertikale Paketmigration von kleinen zu großen Geräten. Dadurch kann ein Single-Board-Design von einem kleinen Stratix IV FPGA, wie dem EP4SGX70-Baustein, bis zum branchenweit leistungsstärksten 40-nm-FPGA für die DSP-Verarbeitung, dem EP4SGX230-Baustein, skaliert werden. Das EP4SGX230-Gerät ist in der Lage, 700 Giga-Multiply-Accumulate-Operationen pro Sekunde (GMACS) durchzuführen. Diese Skalierbarkeit ist aufgrund der Parallelverarbeitung der Stratix IV FPGA-Produktreihe möglich. Tabelle 2 veranschaulicht die DSP-Leistungsfähigkeit eines kleinen Stratix IV FPGA.

Tabelle 2: Stratix IV DSP-Block-Parallelverarbeitungsleistung

Spezifikation

Stratix IV EP4SGX230

Gesamt 18 x 18 Multiplikatoren

1.288

Maximale Taktfrequenz

550 MHz

Maximale Leistung

1.288 Multiplikatoren bei 550 MHz = 708 GMACS

Stratix IV FPGAs sind ideal für Video- und Bildverarbeitung, digitale Hochgeschwindigkeitskommunikation und andere Hochleistungs-DSP-Anwendungen. Optimierte DSP-Blöcke in Intel FPGA Stratix IV FPGAs in Kombination mit TriMatrix-Speicher und adaptiven Logikmodulen (ALMs) sorgen für die branchenweit höchste DSP-Leistung.

Mit 700 GMACS ist der DSP-Durchsatz der Stratix IV-Geräte um Größenordnungen höher als der jedes anderen verfügbaren Single-Chip-DSP-Prozessors und erfüllt problemlos die Anforderungen der in Tabelle 3 dargestellten neuen Standards und Protokolle.

Tabelle 3. DSP-Anwendungen, die mit Stratix IV DSP-Blöcken implementiert werden können

Funktionsmerkmale

Militärische Anwendungen

Radar/Sonar

Bildverarbeitung

Rundfunk und Medizintechnik

Kommunikationstechnik

Funktechnik

Algorithmen und Funktionen

  • Filterung
  • Transforms
  • Modulation
  • Filterung
  • Kompression
  • Skalierung
  • Chip-Rate-Verarbeitung
  • Entzerrung
  • Digital IF (DDC, DUC)

Standards und Protokolle

-

  • JPEG 2000
  • H.264
  • WM9
  • HSDPA, HSUPA
  • MBMS, EDCH
  • CDMA 2000, 1x EVDV
  • OFDMA
  • WiMAX (802.16d/e)

DSP Block Details

Der Stratix IV DSP-Block ist eine leistungsstarke Siliziumarchitektur mit großer Programmierbarkeit, die eine optimierte Verarbeitung für viele Anwendungen ermöglicht. Jeder DSP-Block stellt acht 18 x 18-Multiplizierer sowie Register, Addierer, Subtrahierer, Akkumulatoren und Summiereinheitsfunktionen bereit, die in typischen DSP-Algorithmen häufig benötigt werden. Der DSP-Block unterstützt vollständig variable Bitbreiten und verschiedene Rundungs- und Sättigungsmodi, um die genauen Anforderungen Ihrer Anwendung effizient zu erfüllen. Siehe Abbildung 1.

Abbildung 1. DSP Blockarchitektur

Tabelle 4 zeigt die DSP-Ressourcen der Stratix IV FPGAs.

Tabelle 4. Stratix FPGA DSP-Ressourcen

Stratix IV Produktvariante Gerät

Multiplier

9 x 9

Multiplier

12 x 12

Multiplier

18 x 18

Multiplier

18 x 36

Multiplier

36 x 36

Multiplier

18 x 18
Komplex

Multiplier

Einzelnes Fließkomma

Multiplier

Doppeltes Fließkomma

Stratix IV GX

EP4SGX70

384

384

384

192

96

96

96

38

EP4SGX110

512

512

512

256

128

128

128

51

EP4SGX230

1.288

1.288

1.288

644

322

322

322

128

EP4SGX290

800

800

832

416

208

208

208

83

EP4SGX360

1.040

1.040

1.040

520

260

260

260

104

EP4SGX530

1.024

1.024

1.024

512

256

256

256

104

Stratix IV E

EP4SE110

512

512

512

256

128

128

128

51

EP4SE230

1.288

1.288

1.288

644

322

322

322

128

EP4SE290

800

800

800

400

200

200

200

80

EP4SE360

1.040

1.040

1.040

520

260

260

260

104

EP4SE530

1.024

1.024

1.024

512

256

256

256

102

EP4SE680

1.360

1.360

1.360

680

340

340

340

136

Wie bei Stratix-Geräten der vorherigen Generation liefert die Intel® Quartus® Prime-Software weiterhin eine optimale Zuordnung Ihrer DSP-Algorithmen zum Stratix IV ALM-Fabric, dem TriMatrix-Speicher und den DSP-Blöcken aus HDL-spezifischen und DSP-spezifischen Entwicklungstools und Bibliotheken.