FGA技術(shù)發(fā)展解析

FPGA技術(shù)發(fā)展探究一．緒言自1985年Xilinx公司推出第一片現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件（FPGA）至今，F(xiàn)PGA已經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展歷史。在這十幾年的發(fā)展過(guò)程中，以FPGA為代表的數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)集成技術(shù)取得了驚人的發(fā)展：現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件從最初的1200個(gè)可利用門，發(fā)展到90年代的25萬(wàn)個(gè)可利用門，乃至當(dāng)新世紀(jì)來(lái)臨之即，國(guó)際上現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件的著名廠商Altera公司、Xilinx公司又陸續(xù)推出了數(shù)百萬(wàn)門的單片F(xiàn)PGA芯片，將現(xiàn)場(chǎng)可編程器件的集成度提高到一個(gè)新的水平?？v觀現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件的發(fā)展歷史，其之所以具有巨大的市場(chǎng)吸引力，根本在于：FPGA不僅可以解決電子系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性等問(wèn)題，而且其開發(fā)周期短、開發(fā)軟件投入少、芯片價(jià)格不斷降低，促使FPGA越來(lái)越多地取代了ASIC的市場(chǎng)，特別是對(duì)小批量、多品種的產(chǎn)品需求，使FPGA成為首選。目前，F(xiàn)PGA的主要發(fā)展動(dòng)向是：隨著大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件的發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)入"片上可編程系統(tǒng)"（SOPC）的新紀(jì)元；芯片朝著高密度、低壓、低功耗方向挺進(jìn)；國(guó)際各大公司都在積極擴(kuò)充其IP庫(kù)，以優(yōu)化的資源更好的滿足用戶的需求，擴(kuò)大市場(chǎng)；特別是引人注目的所謂FPGA動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)的開拓，將推動(dòng)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)觀念的巨大轉(zhuǎn)變。二．Xilinx公司研制開發(fā)的FPGA系列產(chǎn)品的主要特征Xilinx公司自發(fā)明FPGA以來(lái)，就不斷的推出新器件和開發(fā)工具，力求芯片的速度更高、功耗更低。在其新近開發(fā)的產(chǎn)品中，Xilinx重新定義了未來(lái)的可編程邏輯，為用戶提供2.5v，3.3v和5v可編程邏輯系列選擇，并利用先進(jìn)的0.18-、0.22-、0.25-、0.35um工藝技術(shù)生產(chǎn)出低成本、高性能的可編程邏輯產(chǎn)品。主要推出了Virtex系列和SpantanTM系列的FPGA。Virtex系列突破了傳統(tǒng)FPGA密度和性能限制，使FPGA不僅僅是邏輯模塊，而成為一種系統(tǒng)元件（如圖一所示）。而SpantanTM系列為替代ASIC的大容量FPGA樹立了一個(gè)新的低成本標(biāo)準(zhǔn)。圖1Virtex系列使FPGA從連接邏輯提升至系統(tǒng)的核心部件

Virtex系列FPGA集成了許多滿足系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)要求的新性能，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖2。整個(gè)Virtex系列由九種器件組成，系統(tǒng)門數(shù)從5萬(wàn)到100萬(wàn)門（1,728到27,648個(gè)邏輯單元）；提供給用戶的I/O引腳數(shù)最多超過(guò)500個(gè)；采用多種封裝形式，包括先進(jìn)的1.0mmFinePitchTMBGA和0.8mm芯片封裝；采用5層金屬的0.22微米CMOS工藝，實(shí)現(xiàn)5V容差的I/O接口；借助于優(yōu)選的時(shí)序驅(qū)動(dòng)的布局和布線工具，在400MHz的PⅡCPU上，編譯速度可達(dá)20萬(wàn)門/秒。

圖2Virtex系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

Virtex系統(tǒng)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使它具有以下一些重要性能：

●擁有四重?cái)?shù)字化延時(shí)鎖定電路（DLL），用于內(nèi)外時(shí)鐘同步；使芯片到芯片間的通訊速度達(dá)到200MHz；所有器件從時(shí)鐘到輸出的延時(shí)均小于3ns；時(shí)鐘可倍頻和分頻，可進(jìn)行00，900，1800，2700相移。

●各種密度產(chǎn)品均設(shè)置向量式互連，使布線快速可預(yù)測(cè)，與內(nèi)核配合良好。

●Virtex支持3級(jí)存儲(chǔ)。它的SelectRAM+存儲(chǔ)層為字節(jié)級(jí)（分布式存儲(chǔ)）、千字節(jié)級(jí)（塊存儲(chǔ)）和兆字節(jié)級(jí)（與外部DRAM和SRAM的SSTL3接口）存儲(chǔ)塊提供很高的頻寬。

●采用SelectI/OTM技術(shù)，同時(shí)支持多種電壓和信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。

●兼容66MHz/64比特PCI和CompactPCI。糞宴撐擊在抓推出快Vi幟rt諸ex償F涼PG搬A之撐后不糊到一燭年，動(dòng)Xi爭(zhēng)li控nx逆又推麻出了糞Vi道rt未ex碼-E陽(yáng)系列葬產(chǎn)品薯，其檢性能朋和密鋤度可技與A絡(luò)SI章C匹漢敵。棚Vi債rt薪ex照-E慮系列狼產(chǎn)品賢的主必要特廢點(diǎn)是漠：擁孟有恥32列0萬(wàn)覺(jué)個(gè)系喬統(tǒng)門忍；8慢32澇k位紅的真瞞雙端舌口內(nèi)無(wú)部塊拼狀R留AM番；8宰個(gè)D編LL旁并支嘗持超幻過(guò)2倚0種正不同紹的信央號(hào)標(biāo)勝準(zhǔn)，鋪包括降LV圣DS杰、B湊us據(jù)L鞠VD塌S以狡及L贊VP馬EC挎L；循采用喪0.藍(lán)18霧um善工藝翁制造創(chuàng)，在宇單個(gè)災(zāi)器件肅上實(shí)凈現(xiàn)了臂2.精1億凱個(gè)晶片體管瓜的密別度。泳總之券，V緊ir壺te岸x和復(fù)Vi后rt毯ex咽-E焰系揚(yáng)列不碼僅將表FP雷GA牙性能筑推向黨一個(gè)扯新層掀面，泰還解武決了區(qū)向系背統(tǒng)集互成的賓挑戰(zhàn)輸。箏火糧臂X撞il偏in板x產(chǎn)觸品的該另一槐個(gè)發(fā)智展方郵向是丟實(shí)現(xiàn)召可編誼程邏叼輯器犯件在稠大批結(jié)量生冒產(chǎn)中索的應(yīng)廢用，宅所以婦對(duì)成仇本要噸求更毀高。彎Sp落ar逐ta楊n系排列是吩以X銅C4密00法0系云列結(jié)師構(gòu)為秒基礎(chǔ)需，并錫結(jié)合乓了片堡上R顏AM肆、襲強(qiáng)大撇的I匯P庫(kù)倡支持況和大蠶容量渴、低叮價(jià)格金的特忠點(diǎn)，振使其欄可在磁大批有量生挎產(chǎn)中站替代抓AS風(fēng)IC勵(lì)。朽禾爭(zhēng)揀S踏pa撐rt喪an鳴系列膀的主拆要特干點(diǎn)是另：系乓統(tǒng)門配數(shù)可缸達(dá)4數(shù)0,珠00索0門擴(kuò)；靈灶活的任片上礦存儲(chǔ)寨器，框分布奪式和阻塊存勻儲(chǔ)器靈；4血個(gè)數(shù)劉字延催遲鎖危相環(huán)佳，有鄙效的才芯片壘級(jí)/離板級(jí)鹿時(shí)鐘滴管理爪；S鐵el鳴ec沾t趕I/誕O技惹術(shù)保酒證同涌所有諸主要抓總線漢標(biāo)準(zhǔn)修如H餐ST曉L、放G協(xié)益刊TL胸、S溉ST涼L等頃的接賄口；購(gòu)具有文功率算管理犧（睡喝眠模芳式）類。肆

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