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virterx技术白皮书-2

virterx技术白皮书-2

Virtex-4系列具有三个平台:用于高性能和高密度逻辑综合应用的LX平台,用于高性能信号处理的SX平台,用于全功能处理和SoC 嵌入式设计连接应用的FX平台。根据应用的成本和性能要求,三个平台中的任何一款器件都适用于数量众多的应用。尽管Virtex-4平台是针对特定领域或者特定应用分类而优化,所有类型的器件都支持多种应用。
某一种应用或其计算处理架构可能适合采用一个特定的FPGA平台,但这并不意味着该FPGA平台总是最适合选择。让我们举一个很好的例子,使用逻辑资源来实现一些算法看起来更适合采用面向逻辑领域(LX)的平台器件,但同样的算法也可以在面向DSP(SX)或面向系统(FX)的器件中实现。同样,需要简单控制处理器的应用并不一定非要采用系统领域型FPGA器件(FX)。在DSP型(SX)或逻辑型器件(LX)中实现一个软处理器内核(如MicroBlaze),同样可能满足应用要求。
Virtex-4 LX——面向逻辑优化的平台
最通用的系列是Virtex-4 LX,即逻辑优化的FPGA平台系列。LX系列功能上与早期的Virtex-II器件类似,没有较新的Virtex-II Pro™ 器件中所嵌入的PowerPC处理器或高速串行I/O。所有类型的软IP内核都可在这一平台的器件中实现,包括各种各样的DSP模块和软件处理器内核,如MicroBlaze或PicoBlaze。该平台的最主要优点是使用了高度集成的通用逻辑单元,从而使其成为成本效率最高的逻辑平台。
Virtex-4 LX平台将包括多款从小规模至大规模的成员器件,从而使其可适用于多种应用。该系列的逻辑密度将会比目前FPGA器件提高一倍。在300mm晶圆上应用先进的90nm制造技术所带来的成本优势,再加上采用成本效率高的器件封装,将保证这一平台获得广泛的接受。与前一代平台FPGA相比更高的时钟频率和更低的功耗将使LX平台更适用于做为替代ASIC的解决方案。
Virtex-4 SX——面向信号处理优化的平台
Virtex-4 SX信号处理/DSP平台器件系列中提高了DSP以及RAM单元与逻辑单元的比例。功能模块比例的改变使得这一FPGA平台器件用于高速信号处理时比其它Virtex-4平台占用的裸片面积更小。在此基础上再结合新的DSP逻辑单元,使得可以在Virtex-4 SX平台器件中实现最高性能DSP的同时,成本效率最高。
具备了显著提高的DSP带宽,与先前Virtex-II Pro器件相比又大大降低了功耗,使得Virtex-4 SX平台提供了比其他任何器件都高的单位成本DSP性能。每个DSP逻辑单元可实现一个工作时钟频率达500 MHz的18bit X 18bit MAC。 Virtex-4 DSP专用增强特性包括增加新的工作模式和功能,再与SX平台架构的其它优化相结合,可支持功能更强大的高级DSP IP。
Virtex-4 FX——全功能平台
Virtex-4 FX全功能平台系列中提供了PowerPC和高速系列收发器。先进的架构、功能特性和制造工艺的结合使得处理器时钟可高达450 MHz。再配合支持从600Mbps到11.1 Gbps 之间任何速度的高速串行收发器,FX系列成为功能极为强大的高性能平台FPGA系列,可满足嵌入式计算处理以及高速互连应用领域的要求。
FX平台集成的高级系统特性对于电信、存储和网络领域以及其它需要高性能处理和大带宽I/O的多种应用来说非常有用。根据系统行为,这些应用可以分为两大领域。嵌入式计算处理领域主要以涉及复杂数据类型的控制流操作为特征。连接应用领域则涉及基于消息的计算处理,并且主要以异步数据流操作为主。Virtex-4全功能平台器件最适合实现这两个领域中的应用。  
全面的系统互连功能平台
整个Virtex-4系列具有多样的可编程I/O能力组合,从而形成一个全面系统互连功能平台。此外,赛灵思公司在制定新业界标准方面处于领导地位,比如创办UXPI标准组织(参看www.uxpi.org)。Virtex-4互连功能平台建立在Virtex-II Pro所获得的突破性成功基础之上。Virtex-II Pro成功实现了高级电信计算架构(ATCA或AdvancedTCA™)以及PCI Express高级交换(AS)标准。
Virtex-4 FX特别适用于必须使用最新的高速串行背板技术,成本效率要求又很高的高端应用。成熟的黑箱式IP、功能极强大的Virtex-4 FX平台以及积极参与大量标准团体的工作,使得赛灵思公司在为业界确立新I/O标准方面扮演了一个重要角色。比如,赛灵思公司成功地在基于Virtex的开发平台上结合了AdvancedTCA™、电信级Linux以及PCI Express AS,并且在支持全网状交换解决方案的开发方面扮演了重要角色。赛灵思公司的eSP网络门户展示了最新的Virtex互连功能平台,可以为业界最先进的I/O技术提供关键支持。

具有应用适应性的领先IC技术
业界对成本效率更高及具有更强应用适应性器件的需求,促使赛灵思公司一次推出了三个不同的Virtex-4平台。新推出的Virtex-4平台FPGA在功能和价值方面都达到了最大化。用户可以利用Virtex-4平台FPGA实现范围广泛的软IP和多种处理器内核。

客户反馈表明用户已经能够更智能、更高效地使用FPGA可编程构造来完成不同的协处理功能,包括在现场修改性能或功能要求的适应能力。Virtex-4系列所提供的这样一种灵活硬件平台的普遍吸引力将会极大地扩展FPGA的应用范围,使FPGA可应用于更为广泛的系统设计中。   
Virtex-4平台所提供的这种对应用处理类型的控制或选择能力是设计人员从来没有拥有过的。在实现范围广泛的计算处理功能时,也提供了无与伦比的巨大灵活性—— 可以在PowerPC中、在协处理器中实现任何计算处理功能组合,或者直接在硬件中实现所需要的算法。通过根据性能需求,合理的将控制和数据功能进行划分,可以打破控制和数据平面间的传统界限。
利用多个Virtex-4平台,创建针对特定应用领域而优化的应用子系统的能力,提供了独特的灵活性,这也为FPGA确立了更高的标准。硬件和软件同时可编程的FPGA器件能够比ASIC或ASSP更灵活地实现所需要的设计。
改变设计架构研究和设计流程
传统上比较固定的系统设计和ASIC设计流程也将会随着功能越来越强大的平台FPGA器件的推出而被改变。Virtex-4 FPGA的价值定位非常明确,即以最低的成本提供最强大的功能。此外,这些器件以及相关的工具对硬件平台开发流程亦造成重大的影响。现在,设计人员可以在开发流程中的任何时间重新考虑、修改或增强系统架构,因此他们拥有了可以满足应用要求的终极工具组合。对于存在新兴或竞争标准的情况,这一灵活性变得极为重要。同样的能力还可以用来对硬件进行现场修改或增强以满足新的要求,或者避免昂贵的硬件升级。凭借支持硬件和/或软件升级的任何组合,因此Virtex-4系列提供了最高的现场灵活性。  
设计流程中的所有阶段都可从Virtex FPGA所提供的增强组合配置能力中受益。这一功能是FPGA所独有的,允许在设计中的任何地方插入总线或逻辑分析仪。尽管通常在最终发售的产品中都会将这一功能去掉,但如果需要解决复杂的客户问题或者需要进一步增强性能的话,那么仍然需要这一能力。
工艺技术领导地位
做为第一家无晶圆生产线半导体企业,赛灵思公司于2003年初即推出基于先进的90nm工艺技术的产品样品,充分展示了其在制造工艺技术方面的领先地位。做为300mm (12英寸)晶圆技术的早期采用者,赛灵思公司利用这一先进技术制造的器件已经销售出了300多万片,因此在硅晶圆制造方面积累了丰富的经验。Virtex-4系列同时采用了90nm工艺技术和300mm晶圆,从而具有明显的成本优势。  
与以前的几代Virtex-II FPGA相比,同时采用90nm制造工艺技术和300mm晶圆使得单个晶圆的Virtex-4裸片产量达到原来的5倍。单个晶圆裸片产量的提升以及Virtex-4的架构性集成优势大大降低了整体成本。
ASMBL架构的另一个重要特点是可有效地利用11层金属层,从而增强了在条带状模块上的芯片布线能力。增强的布线能力以及分布式I/O结构也是目前以及未来Virtex-4平台的关键特点之一。  
结论
新推出的革命性Virtex-4 FPGA将加快FPGA技术应用于更多特定领域应用的速度。设计人员或设计小组不仅可选择理想的平台,还可选择合适规模的器件来最好地实现所需要的功能。Virtex-4系列的目标是在更好满足现有FPGA客户需要的同时支持FPGA用于多种新领域。由于只需要学习一种成本更低的工具集、一种设计方法和架构性特性组合,这还为设计人员带来更多好处。最为重要的是,下一代Virtex-4以最低的成本提供了更高的性能。Virtex-4系列的多个平台将在逻辑密度、DSP和处理性能以及I/O带宽等所有方面领先于所有FPGA。
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