FPGA Cyclone® IV

Tối ưu hóa chi phí hệ thống

Tất cả FPGA Cyclone® IV chỉ yêu cầu hai nguồn năng lượng để vận hành, giúp đơn giản hóa mạng lưới phân phối năng lượng của bạn và tiết kiệm chi phí bo mạch, không gian bo mạch và thời gian thiết kế. Với các bộ thu phát tích hợp trên kiến trúc FPGA Cyclone® IV, bạn sẽ có được thiết kế và tích hợp bo mạch đơn giản hóa. Hơn nữa, tính linh hoạt của kiến trúc xung nhịp bộ thu phát cho phép bạn triển khai nhiều giao thức trong khi sử dụng đầy đủ tất cả các tài nguyên bộ thu phát sẵn có. Sự tích hợp và linh hoạt của FPGA Cyclone® IV GX cho phép bạn thiết kế trong một thiết bị nhỏ hơn, được tối ưu hóa chi phí, giảm tổng chi phí hệ thống của bạn.

Giảm Tiêu thụ Điện năng

Được xây dựng trên quy trình năng lượng thấp 60 nm được tối ưu hóa, FPGA Cyclone® IV E mở rộng khả năng dẫn đầu năng lượng thấp của FPGA Cyclone® III thế hệ trước. FPGA Cyclone® IV E làm giảm điện áp lõi, qua đó làm giảm tổng năng lượng xuống 25% so với thế hệ trước. Với FPGA bộ thu phát Cyclone® IV GX, bạn có thể xây dựng một cầu nối PCI Express* sang Gigabit Ethernet với công suất ít hơn 1,5 watt.

FPGA Cyclone® IV của Intel được tối ưu hóa để tiêu thụ năng lượng thấp nhất, giúp bạn quản lý tốt hơn các yêu cầu về nhiệt. Do đó, bạn có thể giảm hoặc loại bỏ chi phí làm mát hệ thống và cũng kéo dài thời lượng pin cho các ứng dụng cầm tay.

Mức tiêu thụ điện năng FPGA Cyclone® IV

Dòng FPGA Cyclone® IV thể hiện khả năng dẫn đầu của Intel trong việc cung cấp FPGA tiết kiệm năng lượng. Với silicon và cấu trúc nâng cao, công nghệ quy trình bán dẫn tiên tiến và các công cụ quản lý năng lượng, tiêu thụ năng lượng cho FPGA Cyclone® IV đã giảm tới 25% so với FPGA Cyclone® III.

Hình dưới đây cho thấy mức tiêu thụ điện tĩnh của các thiết bị Cyclone® IV E ở nhiệt khớp nối 85°C. Thiết bị Cyclone® IV EP4CE6 nhỏ nhất tiêu thụ độ ít nhất là 38 mW ở 85°C và thiết bị Cyclone® IV EP4CE115 lớn nhất tiêu thụ ít nhất 163 mW điện tĩnh ở 85°C.

Lợi ích của tiêu thụ điện năng thấp

Việc giảm tiêu thụ điện năng của các thiết bị logic có thể lập trình mang lại các lợi ích sâu rộng cho nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, mức tiêu thụ điện năng thấp hơn chỉ là một khía cạnh của sức mạnh hệ thống. Hình dưới đây cho thấy FPGA Cyclone® IV GX tiêu thụ năng lượng FPGA thấp hơn trung bình 30%.

Tối ưu hóa kiến trúc và silicon

Điện tĩnh có thể tăng đáng kể với quy trình bán dẫn siêu hiển vi nếu không áp dụng chiến lược giảm điện năng. Mức tiêu thụ điện tĩnh tăng ở các công nghệ quy trình siêu hiển vi phần lớn là do sự gia tăng của dòng điện rò dưới ngưỡng.

Bằng cách sử dụng công nghệ quy trình điện năng thấp (LP) thường được các nhà sản xuất chất bán dẫn lớn sử dụng cho các thành phần thiết bị cầm tay, Intel đã giảm thiểu dòng điện rò đối với điện tĩnh thấp. Các hình dạng nhỏ hơn được tạo ra nhờ quy trình nâng cao này, kết hợp với tối ưu hóa kiến trúc, cho phép FPGA Cyclone® IV để giữ mức tiêu thụ năng lượng động và tĩnh ở mức tối thiểu. Các cải tiến về quy trình và kiến trúc mà Intel sử dụng với FPGA IV Cyclone® bao gồm việc sử dụng điện môi low-k, độ dài kênh và độ dày oxit thay đổi và nhiều điện áp ngưỡng bóng bán dẫn.

Ước tính và phân tích điện năng chính xác

Intel hỗ trợ ước tính và phân tích điện năng, từ ý tưởng thiết kế đến quá trình triển khai, với các công cụ thiết kế quản lý điện năng chính xác và đầy đủ nhất. Intel cung cấp ước tính điện năng silicon lên đến 125°C và trong trường hợp xấu nhất cho các dòng FPGA chi phí thấp trong toàn bộ bộ công cụ của mình. Intel cung cấp các tài nguyên ước tính và phân tích điện năng sau:

• Bộ ước lượng điện năng sớm Cyclone® IV.
• Công nghệ tối ưu hóa và phân tích năng lượng Intel® Quartus® Prime.
• Trung tâm Tài nguyên Quản lý Điện năng.

Sử dụng bộ ước lượng điện năng sớm (EPE) trong giai đoạn ý tưởng thiết kế và bộ phân tích điện năng trong quá trình triển khai thiết kế. EPE là một công cụ phân tích dựa trên bảng tính, cho phép xác định phạm vi năng lượng sớm dựa trên lựa chọn thiết bị và gói, điều kiện hoạt động và việc sử dụng thiết bị.

Bộ phân tích điện năng là một công cụ phân tích điện năng chi tiết hơn nhiều, sử dụng vị trí thiết kế thực tế và cấu hình định tuyến và logic. Công cụ này có thể sử dụng các dạng sóng mô phỏng để ước lượng rất chính xác điện động. Tổng hợp, bộ phân tích điện năng thường cung cấp độ chính xác ± 10 phần trăm khi được sử dụng với thông tin thiết kế chính xác. Các mẫu năng lượng Intel® Quartus® Prime tương quan chặt chẽ với các phép đo silicon thực tế.

Intel sử dụng hơn 5.000 cấu hình kiểm tra khác nhau để đo năng lượng của các thành phần riêng lẻ trong một FPGA chuỗi Cyclone®. Mỗi cấu hình tập trung vào việc đo một thành phần mạch đơn của FPGA trong một cấu hình cụ thể.

Tối ưu hóa năng lượng Quartus® Prime

Các chi tiết triển khai thiết kế có thể cải thiện hiệu năng, giảm thiểu diện tích và giảm điện năng. Về mặt lịch sử, sự cân bằng giữa hiệu năng và diện tích đã được tự động hóa trong mức truyền thanh ghi (RTL) thông qua luồng thiết kế "vị trí và tuyến".

Các công cụ tối ưu hóa năng lượng phần mềm Quartus® Prime tự động sử dụng khả năng cấu trúc FPGA Cyclone® IV để giảm tới 25% mức tiêu thụ năng lượng động so với FPGA Cyclone® III.

Phần mềm phát triển Intel® Quartus® Prime có nhiều tính năng tối ưu hóa năng lượng tự động, minh bạch với nhà thiết kế nhưng cung cấp khả năng sử dụng tối ưu cấu trúc FPGA để giảm thiểu năng lượng. Ví dụ: với phần mềm Quartus® Prime, bạn có thể:

• Biến đổi khối chức năng lớn.
  
• Ánh xạ RAM người dùng để chúng sử dụng ít điện năng hơn.
• Cơ cấu lại logic để giảm điện động.
• Lựa chọn chính xác các đầu vào logic để giảm thiểu điện dung trên các lưới chuyển đổi cao.
• Giảm diện tích và nhu cầu đi dây cho logic lõi để giảm thiểu điện động trong định tuyến.
• Sửa đổi vị trí để giảm công suất xung nhịp.