如何利用FPGA满足电信应用中的降低功耗要求？

1081 FPGA 功耗优化

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 引言针对中心机房功耗越来越大的问题，某些电信运营商制定了采购设备功耗每年降低20%的目标。半导体是功耗问题的关键所在，其解决方法是重新设计芯片实施和交付方案，而最新一代FPGA可以说是主要的推动力量。通过采用基于40nm的半导体最新制造工艺以及创新方法来优化这些复杂的器件，设计人员能够在单芯片中集成更多的功能。这不但降低了总功耗，而且还可以降低后续工艺节点每一相应功能的功耗。 TPACK便是能够充分发挥低功耗优势的公司之一，它是世界上最大的电信系统供应商之一，可提供基于Altera Stratix IV FPGA的运营商级以太网芯片解决方案。Altera高性能、低功耗技术与TPACK高度集成复杂器件专业技术相结合，将为系统供应商提供低功耗的芯片方案，供他们在此基础上持续提高带宽容量，并完成更智能的处理。此外，TPACK提供的芯片解决方案可以导入到最新的FPGA中，进一步降低功耗。最终实现的系统不但大大降低了目前的功耗，而且在未来几年中，仍能满足继续降低功耗的要求。如何利用FPGA满足电信应用中的降低功耗要求？掌握这些势在必行！ 0
2019-7-31 07:13:26　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × jerry1978 该类别下有 6 个回答。邀请回答唯安an 该类别下有 5 个回答。邀请回答 vtwterwer 该类别下有 4 个回答。邀请回答 ChristineGu 该类别下有 4 个回答。邀请回答 bei232 该类别下有 4 个回答。邀请回答 diaoshayu 该类别下有 4 个回答。邀请回答 nyvvhxcs 该类别下有 4 个回答。邀请回答周小舟1 该类别下有 4 个回答。邀请回答 liese 该类别下有 4 个回答。邀请回答 h1654155957.9852 该类别下有 4 个回答。邀请回答 LY90186 该类别下有 4 个回答。邀请回答 hjh22678 该类别下有 4 个回答。邀请回答 vnwueurw 该类别下有 4 个回答。邀请回答 h1654155143.8514 该类别下有 3 个回答。邀请回答 cmh19 该类别下有 3 个回答。邀请回答 caoguiqun 该类别下有 3 个回答。邀请回答 mvueurtwd 该类别下有 3 个回答。邀请回答 60user7 该类别下有 3 个回答。邀请回答 h1654155957.9510 该类别下有 3 个回答。邀请回答 semiaxis 该类别下有 3 个回答。邀请回答举报陈燕相关推荐 • 请问如何利用FPGA设计技术降低功耗？ 1894 • FPGA能否满足便携式存储应用的低功耗要求？ 1173 • FPGA设计怎么降低功耗 2761 • 如何利用Freeze技术的FPGA实现低功耗设计？ 771 • 如何降低FPGA设计的功耗？ 2531 • FPGA低功耗设计需要注意哪些事项？ 1565 • FPGA的低功耗该怎么设计？ 1325 • 投注低功耗技术的PLD厂商怎么样才能翻牌？ 1682 • FPGA功耗的基本概念，如何降低FPGA功耗？ 1025 • Actel通过ISO/TS16949认证，低功耗FPGA满足严格应用要求 1404 2个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 解决功耗挑战在前沿硅片技术中处理功耗问题涉及到多种方法，包括工艺、体系结构和设计优化等。下面介绍开发功耗优化方案时采用的工艺优化、体系结构优化和设计优化方法。对功耗进行优化的关键方法是可编程功耗技术，根据一定的设计要求，可选择性地接通或者关断每个逻辑阵列模块(LAB)、存储器和数字信号处理(DSP)模块，从而降低功耗。工艺优化在针对功耗而优化Altera 40nm FPGA的各种技术中，每一种都有各自的优缺点： ■ 逻辑门多层氧化(三重氧化) 每个晶体管以静态功耗换取速度 ■ 多阈值电压每个晶体管以静态功耗换取速度 ■ 低k金属间绝缘降低动态功耗，提高性能。 ■ 超应变硅电子和空穴移动能力提高30％功耗和性能达到平衡 ■ 铜互联提高性能，减小IR降。体系结构优化电信线路卡根据到达数据包流量来进行路由选择。它需要高性能外部存储器来缓冲数据包，同时进行路由选择。Stratix IV FPGA提供动态片内匹配(OCT)功能，降低了线路卡功耗。在将数据包写入存储器时，动态OCT功能禁止写操作并行匹配，从而降低了静态功耗。设计优化根据设计要求，可编程功耗技术可以使每一个可编程LAB、DSP模块和存储器模块工作在高速或者低功耗模式下。没有针对功耗进行优化的FPGA中，模块以最高速率运行来支持关键时序通路。而应用Altera的可编程功耗技术后，阵列中除了设计为关键时序通路的LAB，其他LAB都可以设置为低功耗模式。只把关键时序通路设置为高速模式，从而有效降低了功耗。 Altera进行创新的另一关键技术是具有功耗预知能力的Quartus II开发软件综合以及布局布线引擎。这一降低功耗的方法对设计人员而言是透明的，可以通过简单的编译设置来实现。设计工程师把时序约束作为设计输入过程的一部分来进行设置，对设计进行综合以满足性能要求。Altera和第三方工具为每一逻辑自动选择所需的性能，通过功耗预知布局布线和时钟来降低功耗。最终设计满足了设计人员的低功耗要求，他们可以选择最低程度或者最大程度优化，后者可最大限度地降低功耗，但是编译时间较长。根据设计和所选择的优化程度，结果会有所不同。这一功能的目的是不需要设计人员的干预便能够降低功耗，同时对设计性能的影响最小。通过Quartus II开发软件优化功耗 Altera Quartus II 软件功耗优化涉及到三个步骤。首先进行“功耗预知”综合。功耗预知意味着软件可以减少每个时钟周期中要访问的RAM模块数量，还可以重新安排设计，以减少触发频率较高(或者易受干扰)的逻辑。功耗预知综合之后，Quartus II软件对信号进行布线，减小电容，建立高功效DSP模块配置，完成功耗预知布局布线。Quartus II软件中的PowerPlay功耗优化功能指导适配器使用额外努力选项，利用专门的功耗体系结构特性，对设计进行功耗优化。使用时序约束，Quartus II软件可保证设计中的关键通路在性能上达到最优，而时序不重要的通路在功耗上最优。发挥FPGA的优势基于FPGA而不是代工线制造工艺进行芯片开发，可使专用芯片产品充分利用芯片制造的最新开发技术，来实现高功效解决方案。芯片供应商TPACK称这一方法为SOFTSILICON，使用Stratix IV FPGA为电信系统供应商提供运营商级以太网数据包处理、流量管理和设计包映射芯片解决方案。 SOFTSILICON概念不但能够开发容量更大的新芯片，而且还降低了现有设计的功耗。如图1所示，TPACK的运营商级数据包引擎基于不同工艺尺寸的每一代Stratix系列FPGA，提供集成运营商级以太网数据包处理和流量管理功能。图1 降低现有芯片解决方案的功耗从Stratix过渡到Stratix II FPGA，TPACK将运营商级数据包引擎容量从6Gbps (TPX2000)提高到20Gbps (TPX3100)，降低了1Gbps交换容量的相对功耗。通过将这一解决方案从Stratix II导入到Stratix III FPGA (TPX3103)中，功耗降低了近40％。 SOFTSILICON方法的功耗优势主要体现在以下两个方面：采用最新的FPGA平台，每Gbps以更低的相对功耗提供更大的交换容量；现有设计导入到最新的FPGA平台，进一步降低功耗。这些优势有助于满足现在以及今后运营商对低功耗的严格要求。

2019-7-31 16:29:00 评论举报蔡表胤

答案对人有帮助，有参考价值 0 发挥SOFTSILICON的优势 FPGA的优势使SOFTSILICON方案受益，不仅如此，FPGA还为标准无厂模式提供其他芯片开发方法，帮助专用芯片供应商满足系统供应商和运营商的需求。 FPGA以前用于实现相对较少的功能(置入到ASSP中)或者作为“胶合逻辑”连接两片不兼容的ASSP。但是在最近几年，更多的复杂芯片方案尝试采用FPGA，TPACK就是最早这样做的公司之一。通过SOFTSILICON，TPACK提供了真正的ASSP 替代方案，具有更好的性能，特别是在功耗上。在这方面，集成也发挥了重要作用。在单芯片中集成更多的功能可以减小电路板面积，降低功耗，还可根据需要灵活更新解决方案，迅速修复故障。此外，需着重指出的是，ASSP集成的不足之处是出现故障的风险随复杂度的升高而增大，而对于FPGA来说，则可迅速纠正这些故障，降低了集成的外在风险。图2显示了TPACK芯片方案不断发展，它在SONET/SDH和光传送网(OTN)技术中集成了面向连接的以太网交换和流量管理功能，满足了新出现的数据包光传送网(P-OTN)的需求。这些解决方案基于Stratix III和Stratix IV FPGA，支持高度集成的器件，充分发挥了TPACK在运营商级以太网交换、流量管理和数据包映射上七年多的工作经验，以及在提供高度集成解决方案上成熟可靠的优势。图2 集成数据包传送解决方案使用通用线路卡构建高功效系统从以上讨论中可看出，在系统设计中使用SOFTSILICON产品具有功耗优势。而且，如果系统设计采用了通用线路卡，SOFTSILICON还能够进一步降低功耗。图3显示了可以实现的某些特性。图3 单芯片支持多种特性通用线路卡或者多功能线路卡基于SOFTSILICON和可插拔光模块。可以根据需要来定义不同的接口和逻辑，因此，多种应用中能够使用同一种线路卡硬件设计。例如，在某一应用中，线路卡通过NG-SONET/SDH数据包映射支持以太网，而在另一应用中，它支持运营商级以太网交换和流量管理功能。要实现这些功能，所需要的就是具有各种选项的线路卡设计，以及多个SOFTSILICON FPGA镜像，在上电过程中对底层FPGA平台进行编程。结论运营商对降低功耗的要求非常高，可满足这一需求且容易实现的解决方案将大受欢迎。Altera的40nm Stratix IV FPGA、TPACK在SOFTSILICON上的专业技术以及通用线路卡方法可满足系统设计所需，其大容量数据包传送解决方案满足甚至超越了客户需求，同时还突出了产品优势，能够及时应对各种需求，尽快将产品推向市场。

2019-7-31 16:29:03 评论举报江端淳