FPGA電源設(shè)計(jì)適合并行工程嗎？

　　早期功耗預(yù)估器可以幫助電源設(shè)計(jì)師輸入FPGA上不同子系統(tǒng)的使用率估計(jì)值。在工具實(shí)例中，快照底部欄提供的工作表用于捕獲每類(lèi)資源的功耗值，包括邏輯、內(nèi)存、各種I/O和硬件信號(hào)處理資源。這些值還可以供工具中的其它工作表使用。

　　然而，只是估計(jì)功耗是不夠的——電源設(shè)計(jì)師需要設(shè)計(jì)電源樹(shù)以支持FPGA設(shè)計(jì)師意圖如何使用FPGA.通過(guò)估計(jì)FPGA設(shè)計(jì)總的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)功耗，這些工具可以幫助電源設(shè)計(jì)師將功耗要求轉(zhuǎn)換為合適的電源樹(shù)，同時(shí)確保設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)權(quán)衡決策，并滿足電流與電壓要求。包括圖2所示例子的一些工具可能會(huì)建議能夠滿足設(shè)計(jì)需求的電源管理器件。預(yù)估器反映了FPGA供應(yīng)商和設(shè)計(jì)師的多年經(jīng)驗(yàn)，在基于實(shí)際設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字出來(lái)之前非常管用。

　　隨著FPGA設(shè)計(jì)的進(jìn)展，電源設(shè)計(jì)師開(kāi)始使用電源分析工具并根據(jù)詳細(xì)信息更加精確地獲知功耗和電源要求，比如來(lái)自FPGA設(shè)計(jì)工具的網(wǎng)表輸出，設(shè)計(jì)是如何在FPGA中實(shí)現(xiàn)的等。

　　功耗預(yù)估和分析工具的目的是幫助設(shè)計(jì)師建立早期的功耗預(yù)算指南。有了早期的功耗預(yù)估值，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就能同時(shí)開(kāi)展電路板的設(shè)計(jì)搭建和FPGA設(shè)計(jì)，不僅節(jié)省了時(shí)間，而且一旦FPGA設(shè)計(jì)完成就會(huì)形成更具決定性的電路板設(shè)計(jì)，從而幫助團(tuán)隊(duì)完成更高效的測(cè)試和優(yōu)化。

　　電源設(shè)計(jì)師需要在系統(tǒng)硬件集成過(guò)程中測(cè)量和驗(yàn)證實(shí)際的FPGA性能，因?yàn)镕PGA對(duì)實(shí)際設(shè)計(jì)和環(huán)境工作條件非常敏感，可能與估計(jì)和分析工具的結(jié)果有所出入。

　　關(guān)于協(xié)商

　　有關(guān)估計(jì)和系統(tǒng)集成功耗數(shù)值可能不同的最終免責(zé)聲明并不會(huì)給我們帶來(lái)很多信心。即使使用這些數(shù)值，電源設(shè)計(jì)師仍然面臨極大的不確定性。我們繞了一大圈又回到了FPGA電源設(shè)計(jì)是否為并行工程技術(shù)做好準(zhǔn)備的原地。

　　與航空和微處理器團(tuán)隊(duì)如何能夠理解上游設(shè)計(jì)決策如何影響下游設(shè)計(jì)要求的例子相似，理解電源設(shè)計(jì)要求如何受電路板與FPGA設(shè)計(jì)師早期選擇的影響為每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員提供了一種機(jī)制和機(jī)會(huì)，即他們可以在成本固定進(jìn)設(shè)計(jì)之前就開(kāi)始交流和協(xié)商如何優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)，而不只是系統(tǒng)的一個(gè)部分。

　　從項(xiàng)目開(kāi)始就與開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的每位成員進(jìn)行早期協(xié)調(diào)和交流的主要價(jià)值是，盡可能在設(shè)計(jì)過(guò)程早期發(fā)現(xiàn)不同領(lǐng)域?qū)＜?mdash;—本例中是電源設(shè)計(jì)師、FPGA設(shè)計(jì)師和電路板設(shè)計(jì)師以及位于或影響電路板的其它系統(tǒng)元件、FPGA和電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師——之間的假設(shè)脫節(jié)問(wèn)題。在這點(diǎn)上，受影響的組員相互間可以討論、爭(zhēng)論甚至爭(zhēng)吵，最終以較低成本開(kāi)始和完成尋找及協(xié)商解決方案的過(guò)程，因?yàn)樗麄冃枰苊馑邪嘿F的重復(fù)工作以及后期設(shè)計(jì)階段的要求更改。

　　能夠有選擇地使用更高效的開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器要求掌握有關(guān)系統(tǒng)功耗要求的相當(dāng)準(zhǔn)確的預(yù)知能力，以便在正確位置有合適大小的電路板空間能被分配給電源穩(wěn)壓器和元件，從而滿足包括電壓紋波容差要求在內(nèi)的電源要求。一個(gè)不良或不準(zhǔn)確的功耗預(yù)測(cè)結(jié)果可能意味著使用較低效率的穩(wěn)壓器來(lái)滿足電壓紋波要求，但這個(gè)“紋波”給設(shè)計(jì)的其余部分提出了額外的要求，比如需要更大的電源，需要散發(fā)更多的熱量，甚至使FPGA工作在較慢的速率。

　　功耗估計(jì)和分析工具的一個(gè)重要價(jià)值是讓每個(gè)人都盡早地關(guān)注功耗。在當(dāng)代設(shè)計(jì)中，F(xiàn)PGA可能是影響系統(tǒng)性能和功耗的主要因素——因此也可能是電源設(shè)計(jì)的主要考慮部分。從設(shè)計(jì)過(guò)程一開(kāi)始就與電源設(shè)計(jì)師協(xié)同工作有助于討論系統(tǒng)權(quán)衡決策以及如何使用FPGA、然后使用工具獲得更早更精確的功耗估計(jì)。

　　成功并不是在你開(kāi)始之前就使所有系統(tǒng)要求變得正確，而是盡可能早的發(fā)現(xiàn)和放棄不好的決策，并以可能最低的成本用能夠指導(dǎo)項(xiàng)目更接近理想輸出的決策代替之。結(jié)果是在后續(xù)項(xiàng)目中你能收獲到更早、更方便和更精確的功耗預(yù)測(cè)的好處。

　　在我開(kāi)展一些航空集成產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(我們的并行工程版本)時(shí)，我們使用了80-20規(guī)則的一個(gè)變化版本：80%的項(xiàng)目成本是由前面20%的設(shè)計(jì)工作確定的。在那以后，你可望做到的最好一點(diǎn)是應(yīng)付剩余的20%.當(dāng)我們知道最少部分對(duì)項(xiàng)目最終成本有最大影響時(shí)，我們就能高效地做出決策。

　　這個(gè)表達(dá)可能并不完全準(zhǔn)確，但似乎里面又暗含了某些智慧。更重要的是，它提供了在你糾結(jié)于80%之前提出問(wèn)題并盡可能合理地與擁有不同領(lǐng)域?qū)＜业膱F(tuán)隊(duì)成員合作的警告和提醒，以免在項(xiàng)目到達(dá)最終開(kāi)發(fā)階段時(shí)后悔莫及。