Cyclone® V FPGA และ SoC FPGA

Cyclone® V FPGA มีกำลังรวมที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับรุ่นก่อน ความสามารถในการรวมตรรกะที่มีประสิทธิภาพ, ตัวแปรตัวรับส่งสัญญาณในตัว และตัวแปร SoC FPGA ที่มีระบบฮาร์ดโปรเซสเซอร์ที่ใช้ ARM* (HPS) แนะนำให้ใช้กลุ่มผลิตภัณฑ์สำหรับการใช้งานและการออกแบบเน้น Intel Edge

เลือกจากตัวแปรต่อไปนี้: Cyclone® VE FPGA พร้อมลอจิกเท่านั้น, Cyclone® V GX FPGA พร้อมตัวรับส่งสัญญาณ 3.125 Gbps, Cyclone® V GT FPGA พร้อมตัวรับส่งสัญญาณ 6.144 Gbps, Cyclone® V SE SoC พร้อมระบบตัวประมวลผลแบบแข็งที่ใช้ ARM* (HPS) และตรรกะ, Cyclone® V SX SoCs พร้อม HPS ที่ใช้ ARM* และตัวรับส่งสัญญาณ 3.125 Gbps และ Cyclone® V ST SoCs พร้อม HPS ที่ใช้ ARM* และตัวรับส่งสัญญาณ 6.144 Gbps

ดูเพิ่มเติม: Cyclone® V FPGA ซอฟต์แวร์การออกแบบ ,ร้านออกแบบ,ดาวน์โหลด,ชุมชน, และการสนับสนุน

Cyclone® V FPGA และ SoC FPGA

สถาปัตยกรรมตระกูล

สถาปัตยกรรมคอร์ Cyclone® V FPGA ประกอบด้วยสิ่งต่อไปนี้:

  • องค์ประกอบลอจิกเทียบเท่า (LE) สูงสุด 300,000 รายการที่จัดเรียงเป็นคอลัมน์แนวตั้งของโมดูลลอจิกแบบปรับได้ (ALM)
  • หน่วยความจำแบบฝังสูงสุด 12 Mb ที่จัดเรียงเป็นบล็อก 10 Kb (M10K)
  • บล็อกอาร์เรย์ลอจิกหน่วยความจำแบบกระจาย (MLAB) สูงสุด 1.7 Mb
  • บล็อกการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) ที่มีความแม่นยำแบบแปรผันสูงสุด 342 บล็อกที่ปรับใช้ตัวคูณแบบฝังตัวได้สูงสุด 684 18x18
  • ลูปล็อกเฟส (PLL) ของการสังเคราะห์นาฬิกาเศษส่วนแปดลูป

ทรัพยากรลอจิกเหล่านี้ทั้งหมดเชื่อมต่อถึงกันผ่านเครือข่ายการตอกบัตรที่มีความยืดหยุ่นสูง โดยมีโครงสร้างสัญญาณนาฬิกาทั่วโลกมากกว่า 30 รายการและสถาปัตยกรรมการกำหนดเส้นทาง MultiTrack ประสิทธิภาพสูงของ Intel รุ่นที่ปรับให้เหมาะสมด้านพลังงาน

รองรับอินเทอร์เฟซที่ยืดหยุ่น

Cyclone® V FPGA ให้การสนับสนุนอินเทอร์เฟซที่ยืดหยุ่นด้วยตัวรับส่งสัญญาณสูงสุด 12 5-Gbps ที่ด้านซ้ายของแม่พิมพ์ แฟบริกคอร์ของลอจิกและการกำหนดเส้นทางล้อมรอบด้วยองค์ประกอบ I/O และ PLL อุปกรณ์ Cyclone® V มี PLL สองถึงแปดตัว องค์ประกอบ I/O รองรับ 840 MHz LVDS และ 800 Mbps ของแบนด์วิดท์หน่วยความจำภายนอก องค์ประกอบ I/O เหล่านี้รองรับมาตรฐาน I/O แบบเฟืองท้ายและปลายเดี่ยวทั้งหมด รวมถึง 3.3 V LVTTL ที่ความแรงของไดรฟ์สูงสุด 16 mA

Hard IP มากมาย

Cyclone® V FPGA ประกอบด้วยบล็อกทรัพย์สินทางปัญญา (IP) ที่เข้มงวด เช่น HPS ที่ใช้ ARM*, บล็อก IP แบบฮาร์ด PCI Express* (PCIe*) สูงสุดสองบล็อก และตัวควบคุมหน่วยความจำแบบหลายพอร์ตแบบแข็งแกร่งสูงสุดสองตัว บล็อก PCIe ที่ชุบแข็งรองรับความกว้างสูงสุดสี่เลนสำหรับ Gen1 และสี่เลนสำหรับแอพพลิเคชั่น Gen2 และตอนนี้มีการรองรับมัลติฟังก์ชั่น การรองรับแบบมัลติฟังก์ชั่นช่วยให้อุปกรณ์ต่อพ่วงสูงสุดแปดตัวสามารถแชร์ลิงก์ PCIe เดียวกับแมปหน่วยความจำแต่ละรายการ และการควบคุมและการลงทะเบียนสถานะ (CSR) เพื่อทำให้การพัฒนาไดรเวอร์ซอฟต์แวร์ง่ายขึ้น ตัวควบคุมหน่วยความจำแบบหลายพอร์ตที่แข็งแกร่งสามารถตัดสินระหว่างมาสเตอร์ที่แตกต่างกันได้ถึงหกตัว และเสนอคำสั่งและการจัดลำดับข้อมูลใหม่เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดของลิงก์ DRAM ของคุณ

การรักษาความปลอดภัยการออกแบบ

เพื่อปกป้องการลงทุน IP อันมีค่าของคุณ Cyclone® V FPGA ยังให้การป้องกันการออกแบบที่ครอบคลุมมากที่สุดใน FPGA รวมถึงการเข้ารหัสบิตสตรีม 256 บิต Advanced Encryption Standard (AES) การป้องกันพอร์ต JTAG ออสซิลเลเตอร์ภายใน การทำให้เป็นศูนย์ (active clear) และคุณสมบัติตรวจสอบความซ้ำซ้อนแบบวนซ้ำ (CRC)

IP ตัวควบคุมหน่วยความจำหลายพอร์ตรองรับคุณสมบัติต่อไปนี้:

  • พารามิเตอร์การกำหนดเวลาที่กำหนดค่าโดยผู้ใช้ที่ตั้งไว้ระหว่างการคอมไพล์หรือระหว่างการทำงานของ FPGA
  • รองรับอุปกรณ์หน่วยความจำสูงสุด 4 Gb ต่อการเลือกชิป
  • ตัวเลือก 2 ชิป
  • ความกว้างของหน่วยความจำที่กำหนดค่าได้ 8, 16, 24, 32 และ 40 บิต
  • รหัสแก้ไขข้อผิดพลาด (ECC) ฮาร์ดรองรับความกว้างข้อมูล 16 บิตและ 32 บิต
  • การกำหนดค่าพอร์ตอินเทอร์เฟซแฟบริกที่ยืดหยุ่นพร้อมพอร์ตคำสั่งสูงสุด 6 พอร์ตและข้อมูลสูงสุด 256 บิต
  • การเชื่อมตัวควบคุมสองตัวเข้าด้วยกันเพื่อให้บริการแอพพลิเคชั่นแบนด์วิธที่สูงขึ้นโดยการสร้างหน่วยความจำ x64 เสมือน
  • การประหยัดพลังงาน DRAM รวมถึงการรีเฟรชอัตโนมัติและการลดพลังงานลง

ตัวควบคุมหน่วยความจำแบบหลายพอร์ตประกอบด้วยสองบล็อกหลักดังแสดงในแผนภาพสถาปัตยกรรมตัวควบคุมหน่วยความจำหลายพอร์ต:

  • ส่วนหน้าแบบหลายพอร์ต—จัดการอนุญาโตตุลาการของการอ่านและเขียนหน่วยความจำระหว่างมาสเตอร์สูงสุดหกตัว
  • PHY—อินเทอร์เฟซระหว่างตัวควบคุมหน่วยความจำและอุปกรณ์หน่วยความจำ ดำเนินการอ่านและเขียนจริงเข้าและออกจากหน่วยความจำภายนอก

ส่วนหน้าแบบหลายพอร์ตมีคุณสมบัติการอนุญาโตตุลาการและการจัดลำดับใหม่ดังต่อไปนี้:

  • คำสั่งและการจัดลำดับข้อมูลใหม่เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพบัส
  • การดำเนินการที่ไม่เป็นระเบียบของคำสั่ง DRAM
  • การตรวจจับการชนและการส่งคืนผลลัพธ์ตามลำดับ
  • การสนับสนุนลำดับความสำคัญที่กำหนดค่าได้แบบไดนามิกพร้อมทั้งการจัดกำหนดการลำดับความสำคัญแบบสัมบูรณ์และแบบสัมพันธ์

อินเทอร์เฟซ PHY บนตัวควบคุมหน่วยความจำแบบหลายพอร์ตมีคุณสมบัติการสอบเทียบต่อไปนี้สำหรับการจัดลำดับข้อมูลและการควบคุมเวลา:

  • บัฟเฟอร์ FIFO การอ่านที่แข็งแกร่งในเส้นทางรีจิสเตอร์อินพุต
  • รีจิสเตอร์ DDR เฉพาะในองค์ประกอบ I/O
  • ไดนามิกเดสก์ดิวดีเลย์ด้วยความละเอียด 25 ps เพื่อปรับหน้าต่างสุ่มตัวอย่างให้เหมาะสม
  • วงจรปรับความเอียงเพื่อให้สามารถสอบเทียบเส้นทางแบบเต็มจากลอจิก FPGA ไปยังอุปกรณ์หน่วยความจำได้ทั้งบนเส้นทางการอ่านและการเขียน
  • การสอบเทียบการสิ้นสุดบนชิปเพื่อจำกัดความแปรผันของอิมพีแดนซ์สิ้นสุด
  • การสิ้นสุดแบบไดนามิกบนชิปเพื่อสลับระหว่างการสิ้นสุดแบบอนุกรมและแบบขนานเพื่อความสมบูรณ์ของสัญญาณที่เหมาะสมที่สุด
  • ดีเลย์เชน DLL สำหรับการเปลี่ยนเฟส DQS ที่ชดเชยอุณหภูมิ

IP ฮาร์ดคอนโทรลเลอร์หน่วยความจำหลายพอร์ตใน Cyclone® V FPGA รองรับ DDR3 SDRAM, DDR2 SDRAM และ LPDDR2 (รองรับอันดับเดียวเท่านั้น) Cyclone® V FPGA ยังรองรับตัวควบคุมหน่วยความจำแบบซอฟต์สำหรับอินเทอร์เฟซหน่วยความจำที่กล่าวถึง

พลังงาน

การใช้พลังงาน Cyclone® V เมื่อเทียบกับ FPGA รุ่นก่อนหน้า

ประโยชน์ของพลังงานต่ำ

การรวมกันของการบูรณาการที่เพิ่มขึ้นและ Cyclone® V FPGA ที่ใช้พลังงานต่ำส่งผลให้เกิดประโยชน์ระดับระบบที่สำคัญสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย:

การประมาณและการวิเคราะห์พลังงานที่แม่นยำ

Intel ทำให้การประเมินและวิเคราะห์พลังงานจากแนวคิดการออกแบบผ่านการนำไปใช้งานได้ง่าย ด้วยเครื่องมือออกแบบการจัดการพลังงานที่แม่นยำและครบถ้วนที่สุดในอุตสาหกรรม Intel เสนอทรัพยากรการประเมินและการวิเคราะห์พลังงานดังต่อไปนี้:

เมื่อออกแบบ คุณสามารถใช้ตัวประมาณค่ากำลังไฟฟ้าล่วงหน้า (EPE) ในระหว่างขั้นตอนแนวคิดการออกแบบและตัววิเคราะห์กำลังไฟฟ้าในระหว่างขั้นตอนการนำการออกแบบไปใช้ EPE เป็นเครื่องมือวิเคราะห์ตามสเปรดชีตที่ช่วยให้สามารถกำหนดขอบเขตพลังงานได้ตั้งแต่เนิ่นๆ โดยพิจารณาจากการเลือกอุปกรณ์และแพ็คเกจ เงื่อนไขการทำงาน และการใช้อุปกรณ์ โมเดลพลังงานใน EPE นั้นสัมพันธ์กับซิลิกอน ทำให้สามารถประเมินการใช้พลังงานของการออกแบบได้อย่างแม่นยำ

เครื่องวิเคราะห์พลังงานเป็นเครื่องมือวิเคราะห์กำลังที่มีรายละเอียดมากกว่ามาก ซึ่งใช้การจัดวางและกำหนดเส้นทางของการออกแบบจริง การกำหนดค่าลอจิก และรูปคลื่นจำลองเพื่อประเมินพลังงานไดนามิกอย่างแม่นยำมาก โดยรวมแล้วเครื่องวิเคราะห์กำลังจะให้ความแม่นยำประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์เมื่อใช้กับข้อมูลการออกแบบที่ถูกต้อง รุ่นพลังงานของซอฟต์แวร์ Intel® Quartus® Prime มีความสัมพันธ์กับการวัดค่าซิลิกอนโดยอิงจากการกำหนดค่าการทดสอบมากกว่า 5,000 รายการต่อวงจร

ตลอดขั้นตอนการออกแบบ ศูนย์ข้อมูลการจัดการพลังงานจะให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับพลังงาน การจัดการความร้อน และการจัดการแหล่งจ่ายไฟ

การปรับให้เหมาะสมกับซอฟต์แวร์ Intel® Quartus® Prime

รายละเอียดการใช้งานการออกแบบสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพ ลดพื้นที่ และลดพลังงาน ในอดีต ประสิทธิภาพและการแลกเปลี่ยนพื้นที่เป็นไปโดยอัตโนมัติภายในระดับการโอนรีจีสเตอร์ (RTL) ผ่านขั้นตอนการออกแบบสถานที่และเส้นทาง Intel เป็นผู้นำในการนำการเพิ่มประสิทธิภาพด้านพลังงานมาสู่ขั้นตอนการออกแบบ เครื่องมือเพิ่มประสิทธิภาพซอฟต์แวร์ Intel® Quartus® Prime จะใช้ความสามารถสถาปัตยกรรม Cyclone® V โดยอัตโนมัติเพื่อลดพลังงานเพิ่มเติม จึงส่งผลให้การใช้พลังงานโดยรวมลดลงสูงสุด 10 เปอร์เซ็นต์เมื่อเปิดใช้งาน

การเพิ่มประสิทธิภาพซอฟต์แวร์ Intel® Quartus® Prime มีการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานอัตโนมัติมากมายที่โปร่งใสสำหรับคุณ แต่ให้การใช้ประโยชน์สูงสุดจากรายละเอียดสถาปัตยกรรม FPGA เพื่อลดพลังงาน ซึ่งรวมถึง:

  • การแปลงบล็อกการทำงานที่สำคัญ
  • การแมป RAM ของผู้ใช้เพื่อให้ใช้พลังงานน้อยลง
  • การปรับโครงสร้างตรรกะเพื่อลดพลังงานแบบไดนามิก
  • การเลือกอินพุตลอจิกอย่างถูกต้องเพื่อลดความจุบนตาข่ายที่มีการสลับสูง
  • การลดความต้องการพื้นที่และสายไฟสำหรับตรรกะคอร์เพื่อลดพลังงานแบบไดนามิกในการกำหนดเส้นทาง
  • การแก้ไขตำแหน่งเพื่อลดกำลังการตอกบัตร

ระบบฮาร์ดโปรเซสเซอร์ Cyclone® V SoC

คุณลักษณะ HPS

925 MHz, โปรเซสเซอร์ ARM* Cortex-A9 MPCore แบบดูอัลคอร์ คอร์โปรเซสเซอร์แต่ละคอร์ประกอบด้วย:

  • แคชคำสั่ง L1 32 KB, แคชข้อมูล L1 32 KB
  • หน่วยจุดลอยความแม่นยำเดียวและสองเท่าและเอ็นจิ้นมีเดีย NEON*
  • เทคโนโลยีดีบักและติดตาม CoreSight*
  • 512 KB ของแคช L2 ที่แบ่งปัน
  • 64 KB ของ Scratch RAM
  • ตัวควบคุม Multiport SDRAM พร้อมรองรับ DDR2, DDR3 และ LPDDR2 และรองรับ รหัสแก้ไขข้อผิดพลาด (ECC)
  • ตัวควบคุมการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง (DMA) 8 ช่อง
  • ตัวควบคุมแฟลช QSPI
  • ตัวควบคุมแฟลช NAND พร้อม DMA
  • ตัวควบคุม SD/SDIO/MMC พร้อม DMA
  • 2x 10/100/1000 การควบคุมการเข้าถึงสื่ออีเธอร์เน็ต (MAC) ด้วย DMA
  • ตัวควบคุม 2x USB On-the-Go (OTG) พร้อม DMA
  • ตัวควบคุม 4 x I2C
  • 2x UART.
  • อุปกรณ์ต่อพ่วงหลัก 2x อินเตอร์เฟสต่อพ่วงอนุกรม (SPI), 2x SPI อุปกรณ์ต่อพ่วงสเลฟ
  • I/O อเนกประสงค์สูงสุด 134 (GPIO)
  • ตัวจับเวลาอเนกประสงค์ 7x
  • ตัวจับเวลา Watchdog 4x

Cyclone® V GX FPGA: ภาพรวมตัวรับส่งสัญญาณ

ตัวรับส่งสัญญาณต้นทุนต่ำไม่ได้ถูกสร้างขึ้นอย่างเท่าเทียมกันทั้งหมด ตระกูล Cyclone® V FPGA ของ Intel มีความยืดหยุ่นที่ช่วยให้คุณใช้ประโยชน์จากทรัพยากรของตัวรับส่งสัญญาณที่มีอยู่ทั้งหมดได้อย่างเต็มที่ และคงการออกแบบไว้ในอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กลงและมีราคาต่ำลง Cyclone® V FPGA มอบความยืดหยุ่นสูงสุดในการใช้โปรโตคอลอิสระ การใช้โปรโตคอลที่เป็นกรรมสิทธิ์พร้อมโครงสร้างแบบแข็ง ทั้งหมดนี้ใช้กำลังไฟต่ำที่สุดเท่าที่เป็นไปได้

ด้วยการจัดหา FPGA ที่มีราคาต่ำและใช้พลังงานต่ำที่สุดในตลาด ตระกูล Cyclone® V FPGA ของ Intel จึงสามารถขยาย Cyclone® FPGA ซีรีส์ได้ ความเป็นผู้นำของตัวรับส่งสัญญาณของ Intel ได้รับการยืนยันอีกครั้งด้วยการจัดส่ง I/O ของตัวรับส่งสัญญาณที่ใช้งานได้จริงภายในการออกแบบ FPGA ชมวิดีโอด้านล่างเพื่อดูการทำงานของ Cyclone® V FPGA

ซีรีย์ Cyclone® V FPGA มีสองรุ่นเพื่อตอบสนองความต้องการในการออกแบบของคุณ Cyclone® V GX FPGA ที่มีตัวรับส่งสัญญาณสูงถึง 3.125 G และ Cyclone® V GT FPGA ที่มีตัวรับส่งสัญญาณสูงถึง 6.144 G

คุณสมบัติตัวรับส่งสัญญาณที่สำคัญ

  • ตัวรับส่งสัญญาณสูงสุดสิบสองตัวรองรับอัตราข้อมูลตั้งแต่ 600 Mbps ถึง 3.125 Gbps หรือ 6.144 Gbps
  • เส้นทางข้อมูลตัวรับส่งสัญญาณที่ยืดหยุ่นและกำหนดค่าได้ง่ายเพื่อใช้โปรโตคอลมาตรฐานอุตสาหกรรมและเป็นกรรมสิทธิ์
  • การตั้งค่าการเน้นล่วงหน้าที่ตั้งโปรแกรมได้และแรงดันขาออกที่ปรับได้ (VOD) เพื่อความสมบูรณ์ของสัญญาณที่ดีขึ้น (SI)
  • อีควอไลเซอร์ตัวรับสัญญาณที่ควบคุมโดยผู้ใช้เพื่อชดเชยการสูญเสียที่ขึ้นกับความถี่ในตัวกลางทางกายภาพ
  • การกำหนดค่าใหม่แบบไดนามิกของตัวรับส่งสัญญาณเพื่อรองรับโปรโตคอลหลายตัวและอัตราข้อมูลในช่องเดียวกันโดยไม่ต้องตั้งโปรแกรม FPGA ใหม่
  • รองรับคุณสมบัติโปรโตคอล เช่น การตอกบัตรสเปรดสเปกตรัมใน PCI Express* (PCIe*), Common Public Radio Interface (CPRI), DisplayPort, V-by-One และการกำหนดค่า SATA
  • วงจรเฉพาะที่สอดคล้องกับอินเทอร์เฟซทางกายภาพสำหรับ PCIe*, XAUI และ Gbps Ethernet (GbE)
  • อินเทอร์เฟซ PIPE ที่เชื่อมต่อโดยตรงกับทรัพย์สินทางปัญญา (IP) ของ PCIe* Gen1 (2.5 Gbps) และ Gen2 (5 Gbps) แบบฝังโดยตรง เพื่อรองรับแอพพลิเคชั่นปลายทางหรือพอร์ตรากหรือพอร์ตรูทที่สอดคล้องกับ PCI-SIG*
  • การสั่งไบต์ในตัวเพื่อให้เฟรมหรือแพ็กเก็ตเริ่มต้นในเลนไบต์ที่รู้จักเสมอ
  • ตัวเข้ารหัสและตัวถอดรหัส 8B/10B ที่ทำการเข้ารหัส 8 บิตถึง 10 บิตและการถอดรหัส 10 บิตถึง 8 บิต
  • ตัวควบคุมการจ่ายไฟแบบ On-Die สำหรับปั๊มชาร์จแบบ Phase Locked Loop (PLL) ของตัวส่งและตัวรับ และออสซิลเลเตอร์ที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า (VCO) เพื่อการป้องกันเสียงรบกวนที่เหนือกว่า
  • การแยกแหล่งจ่ายไฟบนชิปเพื่อตอบสนองความต้องการกระแสไฟชั่วคราวที่ความถี่สูง ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการแยกตัวเก็บประจุแบบออนบอร์ด
  • คุณสมบัติการวินิจฉัย เช่น การวนกลับแบบอนุกรม การวนซ้ำแบบขนาน การย้อนกลับแบบอนุกรมแบบย้อนกลับ และความสามารถในการย้อนกลับของมาสเตอร์และทาสในบล็อก PCIe* ที่ปฏิบัติตาม PCI-SIG*

บล็อกไดอาแกรม PCS แสดงตัวรับส่งสัญญาณ Cyclone® V FPGA ทั้งไฟล์แนบสื่อทางกายภาพ (PMA) และเลเยอร์ย่อยการเข้ารหัสทางกายภาพ (PCS) บล็อกภายใน PCS สามารถข้ามได้ ขึ้นอยู่กับความต้องการของคุณ