如何讓7系列FPGA的功耗減半

　　為 FPGA 量身定制的 HPL 工藝

　　在開(kāi)發(fā)去年推出的 7 系列 FPGA 的過(guò)程中，賽靈思評(píng)估了多種 28nm 代工工藝，最終選擇與臺(tái)積電合作，共同開(kāi)發(fā)一種專(zhuān)門(mén)適用于 FPGA 的工藝。這種名為高性能低功耗 (HPL) 的新工藝采用高介電層金屬閘 (HKMG) 技術(shù)，可大幅地降低晶體管的漏電流并實(shí)現(xiàn)功耗和性能的最佳組合。賽靈思公司的產(chǎn)品管理總監(jiān) Dave Myron 表示，在 HPL 工藝技術(shù)問(wèn)世之前，賽靈思和其他 FPGA 公司必須在給定代工廠的低功耗 (LP) 工藝和高性能 (HP) 工藝抉擇。LP 工藝用于性能較低的移動(dòng)應(yīng)用，而 HP 工藝則是專(zhuān)門(mén)為高性能圖形芯片和 MPU 開(kāi)發(fā)的。

　　Myron 說(shuō)：“這兩種工藝對(duì) FPGA 來(lái)說(shuō)都不理想。如果選擇 LP 工藝，性能就是問(wèn)題，如果選擇 HP 工藝，功耗就會(huì)超過(guò)預(yù)期。這兩者雖然有回旋余地，但不能滿足我們的需要。”

　　Myron 繼續(xù)道，F(xiàn)PGA 已經(jīng)在大量應(yīng)用中得到廣泛使用，“但它們還不能完全滿足圖形芯片的性能要求以及商用移動(dòng)電話中的 ASIC 的極低功耗要求。”Myron 說(shuō)，通過(guò)共同研發(fā) FPGA 專(zhuān)用工藝，臺(tái)積電和賽靈思找到了兼具高速度和低漏電流的晶體管理想組合。Myron 表示(見(jiàn)圖 1)：“采用 HPL，我們能夠定制工藝，使其處于 FPGA 應(yīng)用的性能及功耗要求的理想平衡點(diǎn)上。由于我們的器件能夠不偏不倚地滿足性能-功耗要求，這意味著客戶(hù)不必走性能或功耗的極端，從而讓設(shè)計(jì)能夠發(fā)揮最大的功效。”

　　圖 1：HPL 工藝處于 FPGA 應(yīng)用的性能及功耗要求的理想平衡點(diǎn)上

　　圖中文字：

　　性能 功耗

　　專(zhuān)門(mén)針對(duì) FPGA 優(yōu)化的 28HPL 工藝

　　性能更高

　　漏電流更少

　　專(zhuān)門(mén)針對(duì) FPGA 優(yōu)化的 28HPL 工藝

　　Virtex-7

　　Kintex-7

　　Artix-7

　　Stratix-V

　　28HP 最適用于 GPU

　　Arria-V

　　Cyclone-V

　　28LP 最適用于移動(dòng)電話

　　性能下降

　　漏電流更高