EDN China > 技术文章 > 可编程器件 > FPGA > 正文
? 2016博客大赛-不限主题,寻找电子导师,大奖升级??

(多图) Stratix III FPGA与Xilinx Virtex-5:体系结构和性能对比

Altera公司: EDN China?? 2008年08月04日 ?? 收藏0

  芯片制造商对提高器件性能、降低功耗有着不懈的追求,使得65nm工艺节点面临新的挑战。采用目前最新的技术,Altera? Stratix? III FPGA利用前一代90nm Stratix II FPGA灵活的逻辑结构,并结合创新的低功耗技术,充分发挥了Quartus? II开发软件中全集成高效基本体系结构的优势。利用Stratix III的内核性能和系统级性能,设计人员不但缩短了设计周期,降低了成本,而且能够以极低的功耗实现大型设计。

  本白皮书提供的基准测试数据表明,Stratix III FPGA比前一代Stratix II器件快出25%,详细的体系结构分析显示,Stratix III FPGA的体系结构要比竞争65nm器件快出一个速率等级,逻辑容量是其1.8倍。

  引言

  按照摩尔定律,随着工艺尺寸的降低,性能和密度在不断提高,但是却很难控制好功耗,难以跟上摩尔定律的预期。为了能够使系统级功耗保持在最低水平上,65nm Altera Stratix III FPGA采用了多种工艺技术,包括Altera专有的可编程功耗技术。Stratix III FPGA的核心结构建立在创新的逻辑单元之上——自适应逻辑模块(ALM)。这种核心结构与MultiTrack互联体系结构相结合,以很少的跳转实现高性能互联,使Stratix III器件能够以非常低的功耗,高效实现高速逻辑、算法和寄存器功能。

  体系结构的优势

  高性能、面积利用率非常高的体系结构的关键所在是ALM,它由组合逻辑、两个寄存器和两个加法器构成,如图1所示。组合部分含8个输入,包括一个查找表(LUT),使用Altera获得专利的LUT技术,查找表可以在两个自适应LUT (ALUT)之间进行划分。一个完整的ALM可实现一个任意6输入功能,但是由于组合逻辑模块有8个输入,因此,一个ALM可以实现两个功能的各种组合。

ALM模块结构

图1. ALM模块结构

  除了能够实现一个完整的6输入LUT,ALM还可以实现两个独立的4输入功能,或者输入都独立的一个5输入和一个3输入功能(表1总结了ALM所支持的组合逻辑配置)。由于可以提供两个寄存器和两个加法器,ALM能够灵活地实现标准4输入LUT (4-LUT)体系结构的2.5个逻辑单元(LE),这一体系结构含有一个4-LUT,进位逻辑和一个寄存器。

  f 关于这一体系结构的详细说明,请参考Stratix III器件手册www.altera.com/literature/hb/stx3/stratix3_handbook.pdf

表1. 灵活的ALM

 灵活的ALM

点击看原图

  注释:

  (1) 请参考Stratix III器件手册(www.altera.com/literature/hb/stx3/stratix3_handbook.pdf),了解一个ALM可实现的7输入类型的详细信息。

  ALM还含有两个寄存器和两个加法器,如图2所示。之所以增加了另一个寄存器,是因为实验表明,许多客户应用需要的寄存器和LUT比高于1:1。两个额外的加法器是为了增强ALM的算术能力,每个ALM可实现两个2位加法或者两个3位加法。因此,ALM要比基本6-LUT的寄存器多一倍,算术能力也提高一倍,是非常优异的构建模块。

  ALM在两年前推出,要比最近才推出的Xilinx Virtex-5逻辑单元(也称为LUT触发器对)更灵活,面积利用率也更高。Virtex-5逻辑单元含有一个基本6-LUT、进位逻辑和一个寄存器,如图2所示。作为对比,ALM的组合逻辑部分有8个输入,支持所有的6输入功能,以及其他使用两个输出的大量小功能组合。Virtex-5逻辑单元的组合逻辑部分是基本6-LUT,也有64位CRAM,以及两个输出,这和ALM相似,但是只含有6个输入,实现一个以上逻辑功能的能力有限。其输出之一是6-LUT的输出,另一个是5-LUT,对应RAM配置的下半部分。

Stratix III ALM和Virtex-5 LUT触发器对的对比

图2. Stratix III ALM和Virtex-5 LUT触发器对的对比

  尽管基本6-LUT能够实现两个更小的功能,但通常还是只用作一个6-LUT。由于LUT只有6个输入,所需的共享输入数量严格限制了可组合的功能类型。这一限制使得很难将基本6-LUT用作两个5-LUT。作为对比,Stratix III ALM的两个附加输入使其能够用作两个全功能5-LUT,在面积上有很大的优势。

  表2给出了几种功能组合所需要的共享输入的数量。例如,ALM能够实现两个独立的4输入功能(没有共享输入),而Virtex-5 LUT需要三个共享输入。图3是另一个例子:ALM能够实现一个5输入和一个3输入功能,不需要任何共享输入,而Virtex-5 LUT需要三个共享输入。很难找到适合Virtex-5 LUT的功能,导致输入少于6个的功能需要占用6-LUT资源才能实现。

表2. Stratix III ALM和Virtex-5 LUT灵活性对比

Stratix III ALM和Virtex-5 LUT灵活性对比


上一页1234下一页
?? ?? ??


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
?? ??

Stratix? FPGA? Quartus?

相关文章

我来评论
美国的游客
美国的游客 ??? (您将以游客身份发表,请登录 | 注册)
?
有问题请反馈