采用低功耗28-nm FPGA降低系統(tǒng)總成本

　　在針對(duì)大批量應(yīng)用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)時(shí)，要考慮的一個(gè)重要因素是成本。有多個(gè)方面會(huì)影響總體擁有成本，而不僅僅是每個(gè)元器件的價(jià)格。這包括硅片的功耗要求、材料(BOM)總成本、設(shè)計(jì)和測(cè)試系統(tǒng)的工程師的效能等。選擇FPGA供應(yīng)商很重要，要考慮影響系統(tǒng)成本的方方面面，這體現(xiàn)在整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期中。

　　Altera^® Cyclone^® V FPGA通過(guò)多種方法幫助設(shè)計(jì)人員降低系統(tǒng)總成本。設(shè)計(jì)人員不僅受益于TSMC的28-nm低功耗(28LP)制造工藝，而且還受益于Cyclone V器件系列內(nèi)置的體系結(jié)構(gòu)，以及Altera設(shè)計(jì)工具輔助系統(tǒng)所提供的強(qiáng)大的高效能工具。采用Cyclone V FPGA，用戶(hù)不僅實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最低的總體擁有成本，而且，還獲得了型號(hào)最全的低成本器件——從25K邏輯單元(LE)到301K LE，以及不到100K LE的唯一28-nm解決方案。

　　引言

　　以少勝多——降低成本和功耗，提高效能，使您的產(chǎn)品能夠更快的運(yùn)行。這些棘手的難題是設(shè)計(jì)工程師目前所必須面對(duì)的。好在Altera的28-nm系列產(chǎn)品提供定制方法來(lái)解決這些問(wèn)題。

　　采用TSMC的28LP工藝以及線(xiàn)鍵合封裝，在所有28-nm FPGA中，Cyclone V FPGA前所未有的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高性能、低系統(tǒng)成本和最低功耗。Cyclone V FPGA系列有六種目標(biāo)型號(hào)：僅含邏輯的(E)型號(hào)、基于3G收發(fā)器的(GX)型號(hào)、基于5G收發(fā)器的(GT)型號(hào)，以及這些型號(hào)的SoC衍生產(chǎn)品(即，分別是SE、SX和ST)，每一型號(hào)都含有集成雙核ARM^® Cortex™-A9 MPCore™應(yīng)用級(jí)處理器。每一器件型號(hào)集成了豐富的硬核知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)模塊，幫助您突出產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，以少勝多。與前幾代體系結(jié)構(gòu)相比，所采用的先進(jìn)技術(shù)包括，自適應(yīng)邏輯模塊(ALM)、精度可調(diào)數(shù)字信號(hào)處理(DSP)模塊、分段式鎖相環(huán)(fPLL)、硬核存儲(chǔ)器控制器，等等，這只是所舉的幾個(gè)例子而已。

　　與以前的Altera器件系列以及競(jìng)爭(zhēng)28-nm FPGA相比，您采用Cyclone V FPGA能夠大幅度降低總體擁有成本。成本優(yōu)勢(shì)源自TSMC的28LP制造工藝，器件豐富的體系結(jié)構(gòu)特性，以及Altera的多種高效能設(shè)計(jì)工具。Cyclone V FPGA是各類(lèi)市場(chǎng)應(yīng)用的最佳選擇，包括，工業(yè)、通信、軍事以及汽車(chē)等。

　　利用TSMC的28LP制造工藝來(lái)降低設(shè)計(jì)成本

　　Altera在28-nm采用了雙管齊下的制造策略，對(duì)于需要盡可能提高帶寬的系統(tǒng)，使用TSMC的28-nm高性能(28HP)工藝，對(duì)于低成本和低功耗應(yīng)用，則采用28LP工藝。Stratix^® V FPGA采用了28HP工藝，而Arria^® V和Cyclone V FPGA都采用了LP工藝。對(duì)于任何電子系統(tǒng)，降低功耗當(dāng)然也就意味著降低了運(yùn)營(yíng)成本以及總體擁有成本。

　　根據(jù)不同的工藝粒度，用戶(hù)可以選擇最合適的產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足他們的需求。TSMC是Altera的代工線(xiàn)合作伙伴，該公司認(rèn)為：“采用多技術(shù)平臺(tái)上的解決方案，用戶(hù)能夠更好的發(fā)揮靈活性?xún)?yōu)勢(shì)，推出性能最好的產(chǎn)品。”相對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)28-nm產(chǎn)品所使用的“能夠滿(mǎn)足所有需求”的方法，提供多種產(chǎn)品更適合用戶(hù)。采用一種制造工藝，無(wú)法簡(jiǎn)單的同時(shí)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)低功耗和高性能。即使是目的性最強(qiáng)的分級(jí)策略也無(wú)法解決單一工藝功耗分級(jí)會(huì)對(duì)性能有不利影響，以及性能分級(jí)對(duì)功耗有不利影響這一兩難問(wèn)題。而且，對(duì)于用戶(hù)而言，分級(jí)策略有可能增加系統(tǒng)成本，帶來(lái)明顯的計(jì)劃和供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。

　　相反，Cyclone V FPGA中使用的成本最優(yōu)28LP工藝定制滿(mǎn)足了低成本和低功耗應(yīng)用需求。通過(guò)采用各種技術(shù)，包括使用比28HP工藝更長(zhǎng)的柵極溝道等，它同時(shí)降低了泄漏電流和動(dòng)態(tài)電流。通過(guò)使用比28HP工藝更傳統(tǒng)的金屬工藝以及線(xiàn)鍵合封裝技術(shù)，進(jìn)一步降低了成本。與倒裝焊封裝相比，線(xiàn)鍵合封裝使用戶(hù)在每一型號(hào)上節(jié)省了大約5美元。Altera的收發(fā)器設(shè)計(jì)專(zhuān)長(zhǎng)反映在高速串行接口的高可靠性和低功耗上。在早期功耗估算基準(zhǔn)測(cè)試中，與Cyclone IV FPGA相比，Cyclone V FPGA展示出明顯的低功耗優(yōu)勢(shì)(圖1)，總功耗比Xilinx Artix-7 FPGA低40% (圖2)。