28nm高端FPGA如何實(shí)現(xiàn)功耗和性能的平衡？

數(shù)據(jù)流管理實(shí)例

在這個(gè)例子中，運(yùn)行時(shí)用戶相關(guān)的結(jié)溫是100℃，使用了最大工藝指標(biāo)。基于競爭對(duì)手白皮書中設(shè)定的資源使用情況，表5提供了I/O和收發(fā)器數(shù)據(jù)，表6提供了輸入到XPE (14.2)和 EPE (12.0 SP2)中的信息。

表5 數(shù)據(jù)流管理器I/O和收發(fā)器信息

表6 數(shù)據(jù)流管理器資源使用情況

圖5對(duì)比了獲得的新L器件結(jié)果和以前報(bào)告的結(jié)果，再次表明，與Virtex-7 FPGA相比，Stratix V FPGA降低了功耗，同時(shí)提高了性能。

圖5 使用L器件，更新后的數(shù)據(jù)流管理器功耗對(duì)比

這個(gè)例子顯示了3%的功耗優(yōu)勢(shì)，100GbE OTU4轉(zhuǎn)發(fā)器實(shí)例顯示了8%的功耗優(yōu)勢(shì)，還有客戶設(shè)計(jì)表明有15%的功耗優(yōu)勢(shì)。Stratix V器件還具有1個(gè)速率等級(jí)性能優(yōu)勢(shì)。

雙 100G轉(zhuǎn)發(fā)器實(shí)例

EPE的精度如何?或者換句話說，上面對(duì)比的結(jié)果有多可靠?第三個(gè)例子對(duì)比了測量值和EPE估算值。正如前面所提到的，最終功耗估算的次優(yōu)方法獲得了正確的輸入觸發(fā)率，在無矢量模式中使用了PowerPlay功耗分析器。這一方法是用于開發(fā)以下Altera100G雙轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)計(jì)的方法。對(duì)于這一設(shè)計(jì)，按照引腳連接指南中的建議，將VCC、VCCHIP和VCCHSSI連接起來。設(shè)計(jì)電路板時(shí)，使用0.9 V ES器件，在供電通路(12.01 V)上采用0.01 1%電阻連接電壓穩(wěn)壓器。運(yùn)行時(shí)，電路板處理OTN數(shù)據(jù)流幾個(gè)小時(shí)，達(dá)到穩(wěn)定工作溫度后，進(jìn)行以下測量：

Ÿ 穩(wěn)壓器輸入電壓：12.01 V

Ÿ 穩(wěn)壓器輸出電壓：0.989 V

Ÿ 電阻上的壓降：1.19 A

然后，器件停止工作(所有時(shí)鐘都停止)，進(jìn)行另一次測量，獲得同一結(jié)溫時(shí)設(shè)置的器件泄漏電流，作為總電流。測量的電阻壓降是11.9 mV。使用了下面的計(jì)算：

穩(wěn)壓器效率基于數(shù)據(jù)圖表，外推為 0.9 V。

0.9V電源上的動(dòng)態(tài)電流(I cc+ Icchssi + Icchip) = 22.7 – 13.6 = 9.1 A

PCIE引腳由PCB供電，但是并沒有在內(nèi)核中例化HIP。

從 Quartus II軟件導(dǎo)入CSV文件后，從12.0 SP2 EPE中得到相應(yīng)的結(jié)果是10.1 A的總動(dòng)態(tài)電流。

最終結(jié)果是，使用來自Quartus II軟件的無矢量分析CSV文件，EPE比測量值9.1 A高出1 A(11%)。對(duì)于早期功耗估算，這一分析結(jié)果非常精確。

結(jié)論

在客戶設(shè)計(jì)中，從器件體系結(jié)構(gòu)定義中關(guān)注功耗和性能的均衡，以盡可能低的功耗實(shí)現(xiàn)最佳性能和帶寬，與其他28 nm產(chǎn)品相比，降低了功耗。通過Stratix V FPGA以下的功能，設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)：

Ÿ Altera定制的TSMC 的28HP工藝

Ÿ 低電壓(0.85 V)體系結(jié)構(gòu)

Ÿ 功能模塊的硬關(guān)斷

Ÿ 大量的硬核IP

Ÿ 可編程功耗技術(shù)

Ÿ 寬帶高功效收發(fā)器

Ÿ I/O創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了高功效存儲(chǔ)器接口

Ÿ Quartus II軟件功耗優(yōu)化

Ÿ 邏輯和RAM時(shí)鐘選通

Ÿ 使用方便的部分重新配置功能