谈一谈FPGA设计中的功率计算

随着工艺技术的越来越前沿化， FPGA器件拥有更多的逻辑、存储器和特殊功能，如存储器接口、 DSP块和多种高速SERDES信道，这些发展不断地对系统功率要求提出挑战。
功率计算的关键是两方面:静态和动态功率。 尽管FPGA厂商承诺将提供切实可用的低功耗器件，但由于工艺技术从130纳米缩小到90纳米、65纳米或更加小的线条，晶体管固有的漏电加剧了，静态功耗也增加了。此外，使用FPGA时极高的系统性能要求使得动态功耗上升，动态功耗是频率和开关节点的函数。那设计者如何才能准确地确定器件的功耗，同时考虑与这个问题有关的所有重要因素，有效地作出必要的设计权衡，建立一个满足所有性能要求的可靠系统呢？
功耗计算对于ＦＰＧＡ设计十分重要是基于两点考虑：系统电源的大小和散热。众所周知，系统中的所有器件都需要一个良好、清洁、精确和可靠的电源，且能有效地运作。精确地计算功耗就能有的放矢地确定电源大小，电源过大将增加成本。散热装置对系统可靠性至关重要。所有器件都已列出了其对器件结温容忍度的界限。超过这些界限，将可能导致运行效率低下，或者更糟糕的是导致系统永久地损坏。当然，也可以采用一些技术来缓解散热问题，如对系统增加散热片或气流，从而有效地降低运行温度。那么，在系统建立之前，设计师怎样才能够准确地估计功耗和设备的热耗？这相当于在谈论一个先有鸡还是先有蛋的问题！幸运的是，有一个专为这项任务而设计的功耗计算器。
有一个完整的系统级理解和精确的功率模型将能使设计师作出必要的决择，从而完成设计。然后，设计者可以集中精力于降低功耗，其中包括以下几个方面：
降低设备的工作电压
优化时钟频率
减少设计中长的布线
优化编码
优化热模型
依据设计中所用器件资源的全部数据、所有对建立热模型至关重要的环境变量、以及在设计过程中自由地使用和修改各点参数，就可以可靠地实现FPGA设计，使其满足系统性能指标。