采用帶有收發器的全系列40-nm FPGA 和ASIC 實現創
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工藝技術和40-nm 的優勢和以前的65-nm 節點以及最近的45-nm 節點相比， 40-nm 工藝有很大的優勢。最顯著的一點是更高的集成度，半導體生產商可以在更小的管芯中集成更多的功能，生產出密度更高的器件。
40-nm 工藝還進一步提高了性能。40 nm 最小的晶體管邏輯門長度比65 nm 邏輯門長度短38.5%，比45-nm 工藝的邏輯門長度短11%。40 nm 的阻抗進一步降低，從而提高了驅動能力，實現了性能更好的晶體管。應變硅技術使電子和空穴的移動能力提高了30%，晶體管性能提高了近40%。
采用帶有收發器的全系列40-nm FPGA 和ASIC 實現創新設計Altera 公司
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雖然密度和性能的提高非常顯著，但是，當今系統開發人員在設計中需要著重考慮的是功耗問題。40-nm節點在功耗上也有一定的優勢，更小的工藝尺寸減小了導致動態功耗的雜散電容。特別是，臺積電(TSMC)的40-nm 工藝技術要比其45-nm 工藝技術的有功功耗低15%。(2)
但是，工藝尺寸的降低卻增大了待機功耗。Altera 使用多種方法來降低靜態功耗，包括多閾值晶體管、長度不同的晶體管溝道、三重氧化等，并且在對性能要求不高的PLD 上綜合考慮性能和功耗，例如配置邏輯等。
可編程功耗技術和性能
除了常用的電路設計方法， Altera 還引入了65-nm Stratix® III FPGA 的可編程功耗技術(3) 來降低靜態功耗?？删幊坦募夹g使靜態功耗降低了70%，在設計中以最低的功耗實現最好的性能。這一創新技術利用了這一事實――在典型設計中，全部邏輯中只有很少一部分用在關鍵時序通道上?；鶞蕼y試表明，時序余度很小的高性能邏輯和時序余度較大的慢速邏輯比平均為30:70。
在任何設計中， Altera 的Quartus® II 開發軟件自動確定設計中每一通道的松弛余度。這樣，通過調整晶體管的反向偏置電壓，將每一邏輯模塊、存儲器和DSP 模塊的晶體管自動設置為合適的模式――高性能或者低功耗：
■ 在低功耗模式中， Quartus II 軟件減小反向偏置電壓，使晶體管很難接通。這樣，減小了時序不重要電路中的亞閾值泄漏電流，以及無用的靜態功耗( 圖2 中的藍色部分)。
■ 在高性能模式中， Quartus II 軟件增大反向偏置電壓，時序關鍵通路上的晶體管更容易接通，以滿足設計中規定的時序約束要求，實現最佳性能( 圖2 中的黃色部分)。
圖2. Quartus II 軟件降低了功耗，提高了性能本文引用地址：http://www.104case.com/article/191798.htm
邏輯架構和通用I/O
Altera 的40-nm 器件架構使用了包括自適應邏輯模塊(ALM)、TriMatrix 片內存儲器模塊和DSP模塊的通用內核邏輯體系結構。ALM 含有一個可配置8 輸入分段式查找表(LUT)、兩個嵌入式加法器和兩個寄存器，并采用了MultiTrack 互聯結構進行布線，以支持高速邏輯、算法和寄存器功能，器件利用率非常高。
TriMatrix 片內存儲器提供三種不同的存儲器模塊容量，大大提高了效率和靈活性，如圖3 所示。
Power
High speed
Low power
Threshold voltage
Source
Substrate
Drain
Channel
Gnd
Gate
High Speed Logic Low Power Logic
High-speed logic Low-power logic
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圖3. TriMatrix 存儲器結構
圖4 中的DSP 模塊是高性能芯片體系結構，其強大的可編程能力可以在多種應用中實現最佳處理功能。每一模塊含有8 個18x18 乘法器，以及寄存器、加法器、減法器、累加器和求和單元，這些都是典型DSP 算法中常用的功能。DSP 模塊支持可變位寬和各種取整飽和模式，有效地滿足了應用需求。
圖4. DSP 模塊體系結構
通用PLLAltera 的通用鎖相環(PLL) 包括閉環頻率控制系統，該系統基于輸入時鐘信號和受控振蕩器反饋時鐘信號之間的相位差。圖5 顯示了PLL 中主要組件的簡要結構。
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圖5. PLL 結構圖
這些PLL 的模擬特性使其具有非常低的抖動，能夠實現可靠的時鐘方案。很多可配置時鐘輸出能夠非常靈活的實現系統時鐘，為存儲器接口和I/O 接口輸出時鐘。
最佳通用I/O 和外部存儲器接口
如圖6 所示， I/O 結構的關鍵構建模塊包括：
■ 單端I/O 支持，提供可編程擺率和驅動能力，可變延遲鏈補償電路板走線，以及串行和并行動態片內匹
配(OCT)。
■ 支持差分片內匹配的高性能LVDS 傳輸和接收差分信號
■ 為多通道LVDS 接口提供的硬核動態相位對齊(DPA) 模塊，避免了時鐘至通道和通道至通道偏移，以及
時鐘轉發功能，實現軟核時鐘數據恢復(CDR)。
圖6. DPA 結構圖
Altera 的I/O 引腳支持已有以及新興的外部存儲器標準，例如，DDR、DDR2、DDR3、QDRII、QDRII+ 和RLDRAMII 等。它們包括自校準數據通路，對自己不斷進行動態調整，在工藝、電壓和溫度變化時，提供最可靠的工作頻率。其他電路包括對齊和同步、通道去偏移、讀/ 寫調平，以及時鐘域交叉功能等。
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