FPGA的速率等级和温度等级

FPGA工程师在选型时都会选择速率等级和温度等级两个参数,速率等级Altera 有-6 -7 -8的差异而xilinx FPGA则是-1 -2 和-3。对于不同的速率等级,在芯片的指标上有很大的差异,例如xilinx K7 FPGA的DDR3性能:

FPGA的速率等级和温度等级_第1张图片

 

手册中看到,不同速率等级芯片在性能上差异还是很大的。这些指标关系到FPGA的选型,其它比如GTX的最高速率、PLL的性能、DSP slice的最高工作频率等,在手册都可以看到差异,比如Spartan 6的DS162:DC andSwitching Characteristics。

另外速率等级还直接影响到FPGA的timing,如S6的组合逻辑和时序逻辑延迟:

 

千万不要小看这些微小的差异,每条时序路径可能都包含了多级LUT和REG,累加在一起就会影响到是否满足timing,很多情况下如果发现-1没有满足timing 工程师也可以通过选择-2 或-3的芯片,这样就可以在不更改代码和约束的前提下来时序收敛。

温度等级也是FPGA选型的因素之一,也就是常说的商业档、工业档、汽车级、宇航级等。根据FPGA的工作环境需求来选择合适的芯片温度范围,通常来说工业档应用最广泛,温度范围-40°- +100°的范围能够满足绝大部分的产品需要。这里很多工程师有误解,不能理解为实际环境温度,而是FPGA的结温。很多情况下,环境温度在60°情况下,根据FPGA本身功耗和散热条件,FPGA的结温很可能已经达到了100°。这里也要说明,FPGA的指标设计时都有一定的裕量,根据型号不同可能有5%,所以很多情况下工程师也能够做到性能的超频,有些芯片虽然是-2的型号但是居然能够工作到-3的指标,这个也不算奇怪。

FPGA本身也是集成电路一种,按照集成电路的制造工艺流程。这一片wafer上有很多芯片,通过切割后筛选的方式来判断芯片的速率等级和温度等级的。

FPGA的速率等级和温度等级_第2张图片

 

TSMC等只负责生产,具体的芯片筛选还是xilinx、Altera、TI等这些fabless 自己完成的,根据经验wafer上不同位置的芯片的性能肯定是有很大差异的。既然是筛选,速率等级和温度等级高的芯片比较少一些,这就是为什么高速率等级和温度等级的芯片价格高、货期相对也长了。

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