如何讓7系列FPGA的功耗減半

　　圖 2：28nm HPL 工藝、28nm 高性能 (HP) 工藝和 28nm 低功耗 (LP) 工藝的性能及漏電流對(duì)比

　　圖中文字：

　　漏電流

　　性能

　　GPU 的高功耗區(qū)域

　　增加 Vt

　　更高性能/功耗比

　　FPGA 的低功耗區(qū)域

　　7 系列還提供另一種稱(chēng)為電壓 ID (VID) 的模式。客戶(hù)可以通過(guò)控制 Vcc 電壓和發(fā)揮部分器件的額外性能來(lái)降低功耗。每個(gè)器件都存有一個(gè)電壓 ID。這個(gè)可讀 VID 明確指出該器件在仍能滿(mǎn)足性能規(guī)范條件下可運(yùn)行的最低電壓。

　　這種額外的余量令人振奮的是，為設(shè)計(jì)人員提供了更多選擇。Myron 說(shuō)：“客戶(hù)可以選用 7 系列器件來(lái)實(shí)現(xiàn)他們現(xiàn)有的設(shè)計(jì)，同時(shí)讓現(xiàn)有設(shè)計(jì)的功耗減半?；蛘咚麄兛梢员３衷械墓乃?，為系統(tǒng)增加更多功能，直到達(dá)到余量。這樣可以降低系統(tǒng)總體功耗，節(jié)省板級(jí)空間，提高性能，同時(shí)大幅降低系統(tǒng)總成本。”

　　賽靈思 7 系列的所有 3 個(gè) FPGA 產(chǎn)品系列和新推出的 ZynqTM-7000 可擴(kuò)展處理平臺(tái)均采用這種專(zhuān)為 FPGA 優(yōu)化的 HPL 工藝。賽靈思在這些器件的所有 FPGA 結(jié)構(gòu)中均采用統(tǒng)一的方法(即基于小型高能效模塊的統(tǒng)一 ASMBLTM 架構(gòu))來(lái)處理。這樣客戶(hù)就能夠在所有這些器件系列中更輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)移植：低成本低功耗 ArtixTM-7 FPGA;具有業(yè)界最佳性?xún)r(jià)比的KintexTM-7;具有業(yè)界最佳性能和最大容量的 Virtex®-7;以及集成了嵌入式 ARM 雙核CortexTM-A9處理器，主要面向嵌入式應(yīng)用的 Zynq-7000 可擴(kuò)展處理平臺(tái)。

　　雖然同類(lèi) FPGA 競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品繼續(xù)采用 HP 工藝和 LP 工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)單一架構(gòu)的各種變體，但賽靈思堅(jiān)信采用專(zhuān)為 FPGA 定制的工藝實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)一芯片架構(gòu)，可推動(dòng)作為一種可編程平臺(tái)的FPGA 技術(shù)日趨成熟，在此，F(xiàn)PGA 芯片僅作為平臺(tái)的基礎(chǔ)，而不是系統(tǒng)解決方案的全部。按照隨 Virtex-6 和 Spartan®-6 FPGA 推出的賽靈思可編程平臺(tái)戰(zhàn)略，賽靈思提供的不僅是高級(jí)芯片，還包括特定市場(chǎng)開(kāi)發(fā)板、專(zhuān)用開(kāi)發(fā)板、IP 核、工具及技術(shù)文檔，有助于客戶(hù)迅速開(kāi)展創(chuàng)新。

　　Myron 提到，轉(zhuǎn)向使用優(yōu)化的工藝和統(tǒng)一架構(gòu)，在半導(dǎo)體行業(yè)中并非史無(wú)前例或者是走極端，它只是把英特爾公司率先提出的、且在過(guò)去五年得到了成功部署的一套戰(zhàn)略用到 FPGA 上(見(jiàn)白皮書(shū)《在 Intel Core 微處理器架構(gòu)內(nèi)》)。

　　曾供職于英特爾公司的 Myron 表示：“2006 年，英特爾停止使用多種微處理器架構(gòu)，采用單一芯片工藝實(shí)現(xiàn)了其功能最為強(qiáng)大的統(tǒng)一硬件架構(gòu) — Intel Core 微處理器架構(gòu)，并將其應(yīng)用于從高端計(jì)算服務(wù)器到移動(dòng)筆記本產(chǎn)品等多個(gè)產(chǎn)品線。為什么像英特爾這樣看似有無(wú)窮資源可以利用的公司會(huì)專(zhuān)注于一種硬件架構(gòu)?答案是他們只想做一件事，并把它做好。那就是集中資源打造出出色的統(tǒng)一架構(gòu)：既可通過(guò)擴(kuò)展用于滿(mǎn)足不同應(yīng)用需求，同時(shí)還可讓客戶(hù)基本無(wú)需重新設(shè)計(jì)，就可以輕松地把同一架構(gòu)用于多個(gè)應(yīng)用。”

　　Myron 表示，對(duì)賽靈思來(lái)說(shuō)當(dāng)然也是如此。“通過(guò)為 7 系列 FPGA 選擇通用架構(gòu)，我們可以讓我們的軟件工程隊(duì)伍專(zhuān)注于優(yōu)化結(jié)果質(zhì)量，無(wú)需分心于多個(gè)產(chǎn)品系列。無(wú)獨(dú)有偶，我們的客戶(hù)也強(qiáng)烈希望用類(lèi)似的方式來(lái)優(yōu)化 IP 核重用。與跨越多個(gè)不同的架構(gòu)相比，維護(hù)統(tǒng)一架構(gòu)有助于用最小的工作量實(shí)現(xiàn) IP 核重用。”