28nm高端FPGA如何實現功耗和性能的平衡？

數據流管理實例

在這個例子中，運行時用戶相關的結溫是100℃，使用了最大工藝指標。基于競爭對手白皮書中設定的資源使用情況，表5提供了I/O和收發器數據，表6提供了輸入到XPE (14.2)和 EPE (12.0 SP2)中的信息。

表5 數據流管理器I/O和收發器信息

表6 數據流管理器資源使用情況

圖5對比了獲得的新L器件結果和以前報告的結果，再次表明，與Virtex-7 FPGA相比，Stratix V FPGA降低了功耗，同時提高了性能。

圖5 使用L器件，更新后的數據流管理器功耗對比

這個例子顯示了3%的功耗優勢，100GbE OTU4轉發器實例顯示了8%的功耗優勢，還有客戶設計表明有15%的功耗優勢。Stratix V器件還具有1個速率等級性能優勢。

雙 100G轉發器實例

EPE的精度如何?或者換句話說，上面對比的結果有多可靠?第三個例子對比了測量值和EPE估算值。正如前面所提到的，最終功耗估算的次優方法獲得了正確的輸入觸發率，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以下Altera100G雙轉發器設計的方法。對于這一設計，按照引腳連接指南中的建議，將VCC、VCCHIP和VCCHSSI連接起來。設計電路板時，使用0.9 V ES器件，在供電通路(12.01 V)上采用0.01 1%電阻連接電壓穩壓器。運行時，電路板處理OTN數據流幾個小時，達到穩定工作溫度后，進行以下測量：

Ÿ 穩壓器輸入電壓：12.01 V

Ÿ 穩壓器輸出電壓：0.989 V

Ÿ 電阻上的壓降：1.19 A

然后，器件停止工作(所有時鐘都停止)，進行另一次測量，獲得同一結溫時設置的器件泄漏電流，作為總電流。測量的電阻壓降是11.9 mV。使用了下面的計算：

穩壓器效率基于數據圖表，外推為 0.9 V。

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

PCIE引腳由PCB供電，但是并沒有在內核中例化HIP。

從 Quartus II軟件導入CSV文件后，從12.0 SP2 EPE中得到相應的結果是10.1 A的總動態電流。

最終結果是，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%)。對于早期功耗估算，這一分析結果非常精確。

結論

在客戶設計中，從器件體系結構定義中關注功耗和性能的均衡，以盡可能低的功耗實現最佳性能和帶寬，與其他28 nm產品相比，降低了功耗。通過Stratix V FPGA以下的功能，設計人員實現的系統具有明顯的優勢：

Ÿ Altera定制的TSMC 的28HP工藝

Ÿ 低電壓(0.85 V)體系結構

Ÿ 功能模塊的硬關斷

Ÿ 大量的硬核IP

Ÿ 可編程功耗技術

Ÿ 寬帶高功效收發器

Ÿ I/O創新實現了高功效存儲器接口

Ÿ Quartus II軟件功耗優化

Ÿ 邏輯和RAM時鐘選通

Ÿ 使用方便的部分重新配置功能