28-nm Stratix V FPGA突破帶寬瓶頸，同時(shí)降低了系統(tǒng)功耗和成本（Altera）

自從1985年首款FPGA器件誕生以來(lái)，F(xiàn)PGA做為可編程邏輯器件(PLD)的主要產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域從最初的通信業(yè)不斷向消費(fèi)電子、汽車、工業(yè)控制等滲透，客戶的認(rèn)知程度越來(lái)越高。同時(shí)，F(xiàn)PGA不斷向ASIC、ASSP、DSP和嵌入式產(chǎn)品的傳統(tǒng)領(lǐng)域滲透，F(xiàn)PGA開(kāi)發(fā)工具及測(cè)試廠商實(shí)力日益增強(qiáng)，加之全球領(lǐng)先的代工廠臺(tái)積電、臺(tái)聯(lián)電等的鼎力支持，F(xiàn)PGA產(chǎn)業(yè)環(huán)境漸成。

一方面，通信業(yè)一直是FPGA產(chǎn)業(yè)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)帶寬的需求，每年增長(zhǎng)是50%以上。從設(shè)備的演進(jìn)來(lái)看，在骨干網(wǎng)上40G、100G 系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越多，而且很快就會(huì)演進(jìn)到400G 的系統(tǒng)。另一方面，消費(fèi)電子等新興產(chǎn)業(yè)對(duì)產(chǎn)品及時(shí)上市、降低生產(chǎn)成本、更高的性能與更多的功能，在所在市場(chǎng)保持合理的功耗等要求恰恰是FPGA產(chǎn)品的強(qiáng)項(xiàng)。另外，由于在性能和靈活性方面的完美組合，F(xiàn)PGA在DSP領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越普遍，諸如通信、多媒體和國(guó)防行業(yè)等高增長(zhǎng)的市場(chǎng)都非常需要高性能的DSP技術(shù)。這些市場(chǎng)的特點(diǎn)在于始終處于連續(xù)的變化之中，不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)、市場(chǎng)需求、客戶需求以及競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。要跟上市場(chǎng)變化，企業(yè)就需要一種強(qiáng)大且靈活的處理器——FPGA就是這種特別適合的技術(shù)。

正是基于FPGA的廣泛應(yīng)用，Altera公司最新發(fā)布高帶寬FPGA——下一代28-nm Stratix® V FPGA。該系列包括四種型號(hào)產(chǎn)品：Stratix V GT FPGA，Stratix V GX FPGA，Stratix V GS FPGA和Stratix V E FPGA，滿足了無(wú)線/固網(wǎng)通信、軍事、廣播、計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)、測(cè)試和醫(yī)療市場(chǎng)的多種應(yīng)用需求。
 
Stratix V FPGA

據(jù)Altera公司產(chǎn)品和企業(yè)市場(chǎng)副總裁Vince Hu 介紹，關(guān)于器件性能的提升主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，第一個(gè)是I/O 上，第二是內(nèi)核，第三在功耗和成本上。
 
Altera公司產(chǎn)品和企業(yè)市場(chǎng)副總裁Vince Hu

從I/O 來(lái)看，Stratix® V FPGA提供66 個(gè)高速收發(fā)器，支持?jǐn)?shù)據(jù)速率達(dá)到12.5Gbps，可以直接推動(dòng)背板和光模塊。還提供28-Gbps 的收發(fā)器。在Memory 接口方面提高了Memory 接口的性能和數(shù)量，性能而言可以支持單個(gè)DQ 線達(dá)到1.6 Gbps，高達(dá)7 組72 位800MHz DDR3 接口。從內(nèi)核來(lái)看，增加了器件的密度，最大器件最多有1.1M邏輯單元，片上存儲(chǔ)器達(dá)到53M  比特，是上一代器件的2 倍。提供了高性能、精度可變的DSP，最多可以提供3680 個(gè)18×18 乘法器。另外集成了很多硬核的IP。從功耗和成本來(lái)看，Stratix® V FPGA采用第三代可編程功耗技術(shù)，可以極大的降低功耗。采用28-nm  更低的內(nèi)核電壓以及定制最底層定制的三極管，通過(guò)這三個(gè)因素使功耗降低30%。28G 收發(fā)器，單個(gè)通道功耗低達(dá)200mW。除此之外，HardCopy V ASIC 可以提供更高的功耗消減，可以達(dá)到50%。
Vince Hu 先生重點(diǎn)講解了在內(nèi)核方面的改進(jìn)，例如新的ALM 的架構(gòu)，它增加了2 個(gè) 寄存器，這樣可以提升邏輯效率和邏輯性能，同時(shí)對(duì)于Stratix V 最大密度的FPGA，這將提供多達(dá) 800K  額外的寄存器，它很適合需要大量流水和豐富寄存器的設(shè)計(jì)。對(duì)片上的Memory 做了重組，在Stratix  V  FPGA 里，采用M20K，單塊容量是20K  Bit。因此，Stratix V 可以提供高達(dá)53M Bit 的片上RAM。 
 
新的ALM 的架構(gòu)

Vince Hu 先生隨后展示了28-Gbps 收發(fā)器。它采用10 個(gè)10.3G 的數(shù)據(jù)通路，構(gòu)成整個(gè)100G 接口。對(duì)于Stratix V FPGA 只需要用4 個(gè)28-Gbps  收發(fā)器，成和體積上可以達(dá)到30%的消減，收發(fā)器功耗可以降低50%。

 
28-Gbps 收發(fā)器

最后，Vince Hu 先生介紹了幾個(gè)典型的Stratix V FPGA 應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)作為總結(jié)，包括多個(gè)100G 以太網(wǎng)線卡應(yīng)用，多片OTN Muxponder的實(shí)現(xiàn)等。
Altera預(yù)計(jì)于2011年第一季度開(kāi)始發(fā)售Stratix V FPGA樣片。2010年第二季度推出的Quartus® II 10.0軟件將為Stratix V FPGA提供支持。