Altera Arria® V FPGA为需要高性能以及10.3125-Gbps收发器的应用提供了低功耗解决方案。Arria V FPGA采用28-nm低功耗(28LP)工艺技术、低栅极电容、功耗优化收发器体系结构,以及大量的硬核知识产权(IP)等,从而保持了这一领先优势。这些技术相组合,推出的FPGA系列不但成本低,而且以最低的功耗实现了高性能。
中端产品中,总功耗最低
Arria V FPGA采用28LP工艺实现了最低的静态功耗,具有成熟的集成收发器,其优异的架构降低了动态功耗,这些都满足了中端市场需求。对于中端应用,这在功耗、性能和成本上达到了理想的均衡。与Xilinx -2L (0.9 V)速率等级的Kintex-7和Virtex-7 FPGA相比,Arria V FPGA静态功耗和收发器功耗更低,具有最低的总功耗。这一领先技术优势的唯一例外是较多I/O数量和较少收发器数量的设计,这些设计可以采用绝对功耗最低的FPGA系列Cyclone® V FPGA来实现。
图1所示的例子中,一个真实设计的功耗模型是没有采用主动散热的Arria V FPGA,85C结温,以及采用了250LFM气流散热的Xilinx 7系列FPGA。Arria V FPGA PowerPlay早期功耗估算器(EPE)表格用于估算下面所有实例的功耗,可以在Arria V FPGA功耗Wiki页面上找到这一表格。
图 1: Arria V FPGA应用总功耗对比
中端产品中,静态功耗最低
通过采用28LP工艺,并且低阈值电压(VT)和高VT晶体管达到均衡,Arria V FPGA在所有中端FPGA中静态功耗是最低的,如图1所示,静态功耗只是竞争28-nm FPGA的一半。
图2: Arria V FPGA静态功耗
((商用设备,85C交界处的温度,典型的和最坏的情况下))
Lowest Transceiver Power in the Mid Range
在中端FPGA中,Arria V FPGA还提供功耗最低的串行收发器。6.375 Gbps时,Arria V FPGA中的收发器通道功耗不到100 mW,10.3125 Gbps时,功耗小于130 mW,如图2所示,这只是竞争28-nm FPGA的二分之一到三分之一。
图3: Arria V FPGA收发器每通道的功耗
它提供36个收发器通道,设计人员通过使用这一业界功效最高的收发器,很容易满足需要大量收发器设计的功耗要求。此外,还可以关断任何不工作的收发器,非常灵活的控制设计的功耗。
而且,新的多端口存储器控制器硬核IP模块和PCI Express® (PCIe®)硬核IP模块比软核逻辑实现的功耗降低了80%。这些模块和FPGA中的分段式锁相环(fPLL)在不使用时可以关断,从而进一步降低了设计总功耗。
与Altera前几代中端FPGA相比,Arria V FPGA功耗降低40%,均衡的降低了所有领域的功耗,如图3所示。
图4.功耗对比:Arria V FPGA和Arria II FPGA

精确的功耗估算和分析
从设计构思到实施,Altera提供业界最精确和最全面的功耗管理设计工具,简化了功耗估算和分析。Altera提供以下功耗估算和分析资源:
在设计构思阶段,您可以使用PowerPlay EPE,在设计实施阶段,使用PowerPlay功耗分析器。PowerPlay EPE是一种基于表格的分析工具,可以根据器件和封装选择、工作条件以及器件使用率来进行早期功耗估算。PowerPlay EPE中的功耗模型与硬件相关,保证了能够对设计功耗进行精确估算。
PowerPlay功耗分析器是更详细的功耗分析工具,它使用实际的设计布局布线、逻辑配置和仿真波形,非常精确地估算动态功耗。功耗分析器使用正确的设计信息,精度总体上能够达到±10%。Quartus II软件PowerPlay功耗模型与硬件测量结果相关,这些测量结果建立在每一电路5,000多个测试配置基础上。
在整个设计过程中,功耗管理资源中心提供关于功耗、散热管理和电源管理的信息。
Quartus II 软件功耗优化
详细的设计实施可以提高性能,减小面积,降低功耗。以前,通过布局布线设计流程,寄存器传送级(RTL)自动在性能和面积上达到均衡。Altera在设计流程中集成功耗优化功能方面一直处于领先地位。Quartus II软件PowerPlay优化工具自动使用Arria V FPGA体系结构功能来进一步降低功耗,使得总功耗降低了10%。
Quartus II软件有很多自动功耗优化功能,这些功能对用户而言是透明的,它提供详细的FPGA体系结构使用情况,以降低功耗,这包括:
- 变换主功能模块
- 映射用户RAM,降低其功耗。
- 重构逻辑,降低动态功耗。
- 正确地选择逻辑输入,减小频繁触发网络的电容。
- 降低了内核逻辑的面积和连线要求,减小了布线的动态功耗。
- 修改布局,降低时钟功耗。
