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Altera Cyclone IV FPGA
Altera Cyclone IV FPGA

ALTERA Cyclone IV FPGA

Cyclone IV FPGA 扩大了ALTERA Cyclone FPGA 系列的领先优势,提供带收发器选项的低功耗 FPGA。Cyclone IV FPGA 适用于成本敏感型大体量应用,帮助您满足不断增长的带宽需求。建议将此产品家族用于以边缘为中心的应用和设计。

 

Cyclone IV GX FPGA

Cyclone III 架构包含多达 11.5 万个垂直排列的 LE、以 9-Kbit (M9K) 模块排列的 4 Mb 嵌入式内存和 266 个 18x18 嵌入式乘法器。

 

Cyclone IV E FPGA

Cyclone III 架构包含多达 11.5 万个垂直排列的 LE、以 9-Kbit (M9K) 模块排列的 4 Mb 嵌入式内存和 266 个 18x18 嵌入式乘法器。

 

系统成本优化

所有 Cyclone IV FPGA 的运行只需要两个电源,大大简化了配电网络、降低了电路板成本、减小了电路板空间,并缩短了设计时间。利用 Cyclone IV FPGA 架构上的集成收发器,可以简化主板设计和集成。此外,灵活的收发器时钟架构支持您实施多种协议,同时充分利用所有可用的收发器资源。利用 Cyclone IV GX FPGA 的集成特性和灵活性,您可以设计出体积更小、成本更低的设备,降低系统总成本。

 

降低功耗

基于经优化的 60 纳米低功耗工艺构建,Cyclone IV E FPGA 进一步扩大了上一代 Cyclone III FPGA 的低功耗优势。Cyclone IV E FPGA 降低了内核电压,与上一代产品相比,总功耗降低了 25%。采用 Cyclone IV GX 收发器 FPGA,您可以不到 1.5 瓦的功耗建立 PCI Express* 至千兆位以太网的桥接。

 

ALTERA Cyclone IV FPGA 经过优化,实现了最低功耗,可帮助您更好地满足散热要求。因此,您不仅可以降低或消除系统散热成本,还可以延长手持式设备的电池续航时间。

 

Cyclone IV FPGA 功耗

Cyclone IV FPGA 家族展示了ALTERA在提供高能效 FPGA 方面的领先优势。借助增强型架构和芯片、高级半导体工艺技术和功耗管理工具,Cyclone IV FPGA 的功耗比 Cyclone III FPGA 降低高达 25%。

 

下表显示了 Cyclone IV E 设备在 85°C 结点温度下的静态功耗。在 85°C 下,最小的 Cyclone IV EP4CE6 设备功耗低至 38 毫瓦,而最大的 Cyclone IV EP4CE115 设备功耗低至 163 毫瓦。

 

低功耗的优势

降低可编程逻辑设备的功耗,为许多应用带来无法企及的优势。然而,降低功耗只是系统功耗的一个方面。下图表明 Cyclone IV GX FPGA 可将 FPGA 功耗降低平均 30%。

 

芯片和架构优化

如果不采用降低功耗的技术手段,采用亚微米半导体工艺会大幅增加静态功耗。由于漏电电流阈值增加,采用亚微米制程技术会增加静态功耗。

 

ALTERA通过采用领先半导体制造商通常用于手持式组件的低功耗 (LP) 制程技术,最大限度地减少了泄漏电流,从而降低了静态功耗。这种先进的工艺减小了物理尺寸,结合架构优化,可帮助 Cyclone IV FPGA 将动态和静态功耗降到最低。ALTERA在 Cyclone IV FPGA 中采用了多项工艺和架构增强技术,包括使用低介电常数材料、可变通道长度和氧化层厚度,以及多晶体管阈值电压。

 

精确的功耗估算和分析

在从设计构思到实施的整个过程中,ALTERA支持采用最精确和最完整的功耗管理设计工具,进行功耗估算和分析。ALTERA的工具套件为低成本 FPGA 套件家族提供高达 125°C 的工作温度和最差芯片功耗估算。ALTERA提供以下功耗估算和分析资源:

 

Cyclone IV 早期功耗估算器。ALTERA Quartus Prime 功耗分析和优化技术。功耗管理资源中心。

在设计构思阶段使用早期功耗估算器 (EPE),在设计实施阶段使用 Power Analyzer。EPE 是基于表单的分析工具,根据设备和封装选项、工作条件以及设备占用情况进行早期功耗分析。Power Analyzer 是更详细的功耗分析工具,使用实际设计布局布线和逻辑配置。该工具使用仿真波形精确地估算动态功耗。总的来说,功耗分析器结合使用准确的设计信息,估算的精确度在 ±10% 以内。ALTERA Quartus Prime 功耗模型与实际的芯片测量结果密切相关。

ALTERA使用超过 5,000 个不同的测试配置来测量ALTERA Cyclone 系列 FPGA 中每个组件的功耗。每一种配置主要用于测量 FPGA 在特定配置下的某一电路组成。

 

ALTERA Quartus Prime 功耗优化

详细的设计实施能够提高性能,减小尺寸,降低功耗。过去,通过布局布线设计流程在寄存器传送级 (RTL) 内自动对性能和尺寸进行平衡。

 

ALTERA Quartus Prime 软件功耗优化工具自动使用 Cyclone IV FPGA 架构功能,使动态功耗相比 Cyclone III FPGA 降低了 25%。

ALTERA Quartus Prime 软件的许多自动功耗优化功能对设计人员而言都是透明的,而且实现了 FPGA 架构的最优利用从而降低功耗。例如,使用ALTERA Quartus Prime 软件,您能够:

转换主要功能模块。映射用户 RAM,降低功耗。重新规划逻辑以降低动态功耗。正确选择逻辑输入,以最大限度地降低高频触发网络的电容。降低核心逻辑的面积和连线要求,以最大限度地降低布线的动态功耗。修改布局以降低时钟功耗。

 

Cyclone IV FPGA 延续了ALTERA Cyclone 系列低功耗、高性能的传统。Cyclone IV GX FPGA 采用速率高达 3.125 Gbps 的集成收发器。

 

逻辑和布线核心结构的周围是 I/O 单元 (IOE) 和锁相环 (PLL)。GX 和 E 设备在芯片的每个角落都设置了 4 个通用 PLL。Cyclone IV GX FPGA 在芯片的顶部、底部和右侧设置 I/O 单元,而 Cyclone IV E FPGA 则在芯片的四边都设置有 I/O。Cyclone IV GX FPGA 芯片的左侧有多达 8 个收发器,排成两个四边形,每个四边形包含 4 个收发器。每个收发器 quad 的顶部和底部采用 1 个多功能 PLL (MPLL),供收发器或 FPGA 结构使用。

 

集成收发器

Cyclone IV GX FPGA 采用ALTERA成熟的 GX 收发器技术构建,以出色的抖动性能和卓越的信号完整性而著称。兼容 PCI-SIG 的收发器型号支持多种串行协议。Cyclone IV GX FPGA 还采用知识产权 (IP) 硬核模块,适用于根端口和端点配置中的 PCI Express x1、x2 和 x4。

 

ALTERA Cyclone FPGA 和 Cyclone V SoC 设备

Cyclone FPGA 系列旨在满足您的低功耗、低成本设计需求,支持您加快产品上市速度。每一代 Cyclone FPGA 都可帮助您解决技术挑战,以提高集成度、提升性能、降低功耗和缩短产品上市时间,同时满足您的低成本要求。

 

Altera代理商提供更多关于Cyclone IV FPGA的介绍,为客户提供从专业技术支持到整体解决方案的全套服务。

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