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altera fpga 型号說明_典型的FPGA晶片有哪些,看完這篇文章就知道了Altera公司的典型産品Xilinx公司的典型産品

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目前市場上FPGA晶片主要來自Xilinx公司和Altera公司,這兩家公司占據了FPGA 80%以上的市場佔有率,其他的FPGA廠家産品主要是針對某些特定的應用,比如,Actel公司主要生産反熔絲結構的FPGA,以滿足應用條件極為苛刻的航空、航天領域産品。下面介紹Altera和Xilinx兩家公司的代表産品。

Altera公司的典型産品

Altera公司的FPGA器件大緻分三個系列:一是低端的Cyclone系列;二是高端的Stratix系列;三是介于二者之間可以友善ASIC化的Arriva系列。

1. 面向高性能的Stratix系列FPGA

Stratix系列FPGA能夠幫助使用者以更低的風險和更高的效能盡快推出最先進的高性能産品。結合了高密度、高性能及豐富的特性,Stratix系列FPGA能夠內建更多的功能,提高系統帶寬。Stratix系列産品代的特性是革命性的,而且還在不斷發展。Stratix系列FPGA的推出時間和工藝技術如表1-1所示。

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表1-1 Stratix系清單

Stratix FPGA和Stratix GX型号是Altera公司Stratix FPGA系列中最早的型号産品。這一高性能FPGA系列引入了DSP硬核知識産權(IP)子產品及Altera應用廣泛的TriMatrix片記憶體儲器和靈活的I/O結構。

Stratix II FPGA和Stratix II GX型号引入了自适應邏輯子產品(ALM)體系結構,采用高性能8輸入分段式查找表(LUT)替代了4輸入LUT。Altera最新的高端FPGA使用了這一創新的ALM邏輯結構,可批量提供Stratix II和Stratix II GX FPGA,還是強烈建議新設計使用它們。

Stratix III FPGA是業界功耗最低的高性能65nm FPGA。可以借助邏輯型(L)、存儲器和DSP增強型(E)來綜合考慮使用者的設計資源要求,而不會采用資源比實際需求大得多的器件進行設計,進而節省了電路闆,縮短了編譯時間,降低了成本。Stratix III FPGA主要面向很多應用的高端核心系統處理設計。

Stratix IV FPGA在任何40nm FPGA中都是密度最大、性能最好、功耗最低的。Stratix IV FPGA系列提供增強型(E)和帶有收發器的增強型器件(GX和GT),滿足了無線和固網通信、軍事、廣播等衆多市場和應用的需求,這一高性能40nm FPGA系列包括同類最佳的11.3 Gbps收發器。

在所有28nm FPGA中,Stratix V FPGA實作了最大帶寬和最高系統內建度,非常靈活。器件系列包括相容背闆、晶片至晶片和晶片至子產品功能的14.1 Gbps(GS和GX)型号,以及支援晶片至晶片和晶片至子產品的28G(GT)收發器型号,具有一百多萬LE,以及4 096個精度可調DSP子產品。

采用了Intel 14nm三栅極技術的Altera Stratix 10 FPGA是任何FPGA中性能最好、帶寬和系統內建度最高的,而且功耗非常低。Stratix 10器件具有56Gbps收發器、28Gbps背闆、浮點數字信号處理(DSP)性能,支援增強IEEE 754單精度浮點,單片管芯中有四百多萬邏輯單元(LE),支援多管芯3D解決方案,包括SRAM、DRAM和ASIC。Stratix 10 SoC是Intel 14nm三栅極半導體技術的第一款高端SoC系列,具有針對每瓦最佳性能進行了優化的下一代硬核處理器系統。

2. 面向低成本的Cyclone系列FPGA

Cyclone系列FPGA是為了滿足使用者對低功耗、低成本設計的需求,幫助使用者更迅速地将産品推向市場。每一代Cyclone系列FPGA都緻力于解決提高內建度和性能的技術挑戰,降低功耗,産品及上市時間的問題,同時滿足使用者的低成本要求。

Cyclone系列FPGA的推出時間和工藝技術如表1-2所示。

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表1-2 Cyclone系清單

Cyclone FPGA是第一款低成本FPGA。對于當今需要進階功能及極低功耗的設計來說,可以考慮密度更高的Cyclone IV和Cyclone III FPGA,這些更新的Cyclone系列将繼續為使用者的大批量、低成本應用提供業界最好的解決方案。

Cyclone II FPGA從根本上針對低成本進行設計,為大批量低成本應用提供使用者需要的各種功能。Cyclone II FPGA以相當于ASIC的成本實作了高性能和低功耗的目标。

Cyclone III FPGA前所未有地幫助使用者同時實作了低成本、高性能和最佳功耗,大大提高了競争力。Cyclone III FPGA系列采用台積電(TSMC)的低功耗工藝技術制造,以相當于ASIC的價格實作了低功耗的目标。

Cyclone IV FPGA是市場上成本最低、功耗最低的FPGA,現在還提供收發器型号産品。Cyclone IV FPGA系列面向對成本敏感的大批量應用,以滿足使用者對越來越大的帶寬需求,同時降低了成本。

Cyclone V FPGA為工業、無線、固網、廣播和消費類應用提供市場上系統成本最低、功耗最低的FPGA解決方案,該系列內建了豐富的硬核知識産權(IP)子產品,幫助使用者以更低的系統總成本和更短的設計時間完成更多的工作。Cyclone V系列中的SoC FPGA實作了獨特的創新技術,例如,以硬核處理器系統(HPS)為中心,采用了雙核ARM CortexTM-A9 MPCoreTM處理器,以及豐富的硬體外設,進而降低了系統功耗和成本,減小了電路闆面積。

Xilinx公司的典型産品

Xilinx的主流FPGA分為兩大類:一種側重低成本應用,容量中等,性能可以滿足一般的邏輯設計要求,如Spartan系列;另一種側重于高性能應用,容量大,性能能滿足各類高端應用,如Virtex系列,使用者可以根據實際應用要求進行選擇,在性能可以滿足的情況下,優先選擇低成本器件。

1. 面向高性能的Virtex系列FPGA

Virtex系列是Xilinx的高端産品,也是業界的頂級産品,Xilinx公司正是憑借Virtex系列産品赢得市場,進而獲得FPGA供應商領頭羊的地位。可以說,Xilinx以其Virtex系列FPGA産品引領現場可程式設計門陣列行業。主要面向電信基礎設施、汽車工業、高端消費電子等應用。目前的主流晶片包括Vitrex-2、Virtex-2 Pro、Virtex-4、Virtex-5、Virtex-6和Virtex-7等種類。

Virtex-2系列于2002年推出,其采用0.15nm工藝,1.5V的核心電壓,工作時鐘可高達420MHz,支援20多種I/O接口标準,具有完全的系統時鐘管理功能,且内置IP核硬核技術,可以将硬IP核配置設定到晶片的任何地方,具有比Virtex系列更多的資源和更高的性能。

Virtex-2 Pro系列在Virtex-2的基礎上,增強了嵌入式處理功能,内嵌了PowerPC405核心,還包括了先進的主動互聯(Active Interconnect)技術,以解決高性能系統所面臨的挑戰,此外,還增加了高速串行收發器,提供了千兆以太網的解決方案。

Virtex-4系列是基于進階矽片組合子產品(ASMBL)架構的,其具有邏輯密度高,時鐘頻率高達500 MHz;具備DCM子產品、PMCD相位比對時鐘分頻器、片上差分時鐘網絡;采用了內建FIFO控制邏輯的500MHz SmartRAM技術,每個I/O都內建了ChipSync源同步技術的1 Gbps I/O和Xtreme DSP邏輯片。設計者可以根據需求選擇不同的Virtex-4子系統,面向邏輯密集的設計:Virtex-4 LX,面向高性能信号處理應用:Virtex-4 SX,面向高速串行連接配接和嵌入式處理應用:Virtex-4 FX。Virtex-4系列的各項名額比VirtexII均有很大程度的提高,從2005年年底開始批量生産,已取代VirtexII,VirtexII-Pro,是Xilinx在當今高端FPGA市場中的最重要的産品。

Virtex-5系列以最先進的65nm銅工藝技術為基礎,采用第二代ASMBL(進階矽片組合子產品)列式架構,包含五種截然不同的平台(子系列)。每種平台都包含不同的功能配比,以滿足諸多進階邏輯設計的需求。除了最先進的高性能邏輯架構外,Virtex-5 FPGA還包含多種硬IP系統級子產品,包括強大的36 Kb Block RAM/FIFO、第二代25x18 DSP Slice、帶有内置數控阻抗的SelectIO技術、ChipSync源同步接口子產品、系統螢幕功能、帶有內建DCM(數字時鐘管理器)和鎖相環(PLL)時鐘發生器的增強型時鐘管理子產品及進階配置選項。其他基于平台的功能包括針對增強型串行連接配接的電源優化高速串行收發器子產品、相容PCI Express的內建端點子產品、三态以太網MAC (媒體通路控制器)和高性能PowerPC 440微處理器嵌入式子產品,這些功能使進階邏輯設計人員能夠在其基于FPGA的系統中展現最進階别的性能。

Virtex-6系列為FPGA市場提供了最新、最進階的特性。Virtex-6 FPGA是提供軟硬體元件的目标測試平台可程式設計矽技術基礎,可幫助設計人員在開發工作啟動後集中精力于創新工作。Virtex-6系列采用第三代ASMBL(進階矽片組合子產品)柱式架構,包括了多個不同的子系列。本概述将介紹LXT、SXT和HXT子系列的器件。每個子系列都包含不同的特性組合,可高效滿足多種進階邏輯設計需求。除了高性能邏輯結構外,Virtex-6 FPGA還包括許多内置的系統級子產品。上述特性能使邏輯設計人員在FPGA系統中建構最進階的性能和功能。Virtex-6 FPGA采用了尖端的40nm銅工藝技術,為定制ASIC技術提供了一種可程式設計的選擇方案。Virtex-6 FPGA還為滿足高性能邏輯設計人員、高性能DSP設計人員和高性能嵌入式系統設計人員的需求而提供了最佳解決方案,其帶來了前所未有的邏輯、DSP、連接配接和軟微處理器功能。

Virtex-7是2011年推出的超高端FPGA産品,工藝為28nm,使客戶在功能方面收放自如,既能降低成本和功耗,也能提高性能和容量,進而降低低成本和高性能系列産品的開發部署投資。此外,與Virtex-6相比,可確定将成本降低35%,且無需增量轉換或工程投資,進而進一步提高了生産率。

2. 面向低成本的Spartan系列FPGA

Spartan系列适用于普通的工業、商業等領域,目前主流的晶片包括Spartan-2、Spartan-2E、Spartan-3、Spartan-3A、Spartan-3E及Spartan-6等種類。

Spartan-2在Spartan系列的基礎上繼承了更多的邏輯資源,為達到更高的性能,晶片密度高達20萬系統門。由于采用了成熟的FPGA結構,支援流行的接口标準,具有适量的邏輯資源和片内RAM,并提供靈活的時鐘處理,可以運作8位的PicoBlaze軟核,主要應用于各類低端産品中。

Spartan-2E系列是基于Virtex-E架構,具有比Spartan-2更多的邏輯門、使用者I/O和更高的性能。Xilinx還為其提供了包括存儲器控制器、系統接口、DSP、通信及網絡等IP核,并可以運作CPU軟核,對DSP有一定的支援。

Spartan-3系列是基于Virtex-II FPGA架構,采用90nm技術,8層金屬工藝,系統門數超過5百萬,内嵌了硬核乘法器和數字時鐘管理子產品。從結構上看,Spartan-3将邏輯、存儲器、數學運算、數字處理器處理器、I/O及系統管理資源完美地結合在一起,使之有更高層次、更廣泛的應用,獲得了商業上的成功,占據了較大份額的中低端市場。

Spartan-3E系列是在Spartan-3成功的基礎上進一步改進的産品,提供了比Spartan-3更多的I/O端口和更低的機關成本,是Xilinx公司成本效益最高的FPGA晶片。由于更好地利用了90nm技術,在機關成本上實作了更多的功能和處理帶寬,是Xilinx公司新的低成本産品代表,是ASIC的有效替代品,主要面向消費電子應用,如寬帶無線接入、家庭網絡接入及數字電視裝置等。

Spartan-3A系列在Spartan-3和Spartan-3E平台的基礎上,整合了各種創新特性,幫助客戶極大地削減了系統總成本。利用獨特的器件DNA ID技術,實作業内首款FPGA電子序列号;提供了經濟、功能強大的機制來防止發生竄改、克隆和過度設計的現象;并且具有內建式看門狗監控功能的增強型多重新開機動特性;支援商用flash存儲器,有助于削減系統總成本。

Spartan-6系列不僅擁有業界領先的系統內建能力,同時還能具有适用于大批量應用的最低總成本;該系列由13個成員組成,可提供的密度從3 840個邏輯單元到147 443個邏輯單元不等。與上一代Spartan系列相比,該系列功耗僅為其50%,且速度更快、連接配接功能更豐富全面。Spartan-6系列采用成熟的45nm低功耗銅制程技術制造,實作了成本效益與功耗的完美平衡,能夠提供全新且更高效的雙寄存器6輸入查找表(LUT)邏輯和一系列豐富的内置系統級子產品,其中包括18KB Block RAM、第二代DSP48A1 Slice、SDRAM存儲器控制器、增強型混合模式時鐘管理子產品、SelectIO技術、功率優化的高速串行收發器子產品、PCI Express®相容端點子產品、進階系統級電源管理模式、自動檢測配置選項,以及通過AES和Device DNA保護功能實作的增強型IP安全性。

這些優異特性以前所未有的易用性為定制ASIC産品提供了低成本的可程式設計替代方案。Spartan-6 FPGA可為大批量邏輯設計、以消費類為導向的DSP設計及成本敏感型嵌入式應用提供最佳解決方案。Spartan-6 FPGA奠定了堅實的可程式設計晶片基礎,适用于可提供內建軟硬體元件的目标設計平台,以使設計人員在開發工作啟動之初即可将精力集中到創新工作上。