Xilinx 7 系列FPGA
簡介
賽靈思公司于2015年11月宣布為成本敏感型應(yīng)用推出靈活的 I/O 密集型器件—Spartan?-7 FPGA系列企蹭。該新型系列器件可滿足汽車、消費(fèi)類電子、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)练对、數(shù)據(jù)中心遍蟋、有線/無線通信和便攜式醫(yī)療解決方案等多種不同市場(chǎng)領(lǐng)域的連接需求。全新的 Spartan-7 FPGA 將得到免費(fèi) Vivado? 設(shè)計(jì)套件 WebPACK? 版本以及 Vivado 設(shè)計(jì)版本和系統(tǒng)版本的支持螟凭，能夠快速集成和實(shí)現(xiàn)虚青。
功能特性
Spartan-7 FPGA 系列采用小型封裝卻擁有高比例的 I/O 數(shù)量，這對(duì)成本敏感型市場(chǎng)至關(guān)重要螺男。該系列的單位功耗性價(jià)比相較前代產(chǎn)品提升多達(dá) 4 倍棒厘，可提供靈活的連接能力、接口橋接和輔助芯片等功能下隧。 該最新系列器件將與業(yè)界領(lǐng)先的Vivado 設(shè)計(jì)套件進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化奢人，提供以 IP 和系統(tǒng)為中心的開發(fā)環(huán)境，以應(yīng)對(duì)各種成本敏感市場(chǎng)常見的更短開發(fā)周期的需求和嚴(yán)格的產(chǎn)品上市時(shí)間的壓力淆院。
Xilinx FPGA芯片的優(yōu)點(diǎn)
業(yè)界性價(jià)比之王
全新Xilinx FPGA 7系列子系列介紹表
Artix-7 FPGA系列——業(yè)界最低功耗和最低成本
? 與上一代 FPGA相比何乎，其功耗降低了50%，成本削減了35%土辩，性能提高30%支救，占用面積縮減了50%，賽靈思FPGA芯片在升級(jí)中拷淘，功耗和性能平衡得非常好各墨。
Kintex-7 FPGA 系列—業(yè)界最佳性價(jià)比
? Kintex-7 FPGA 系列，以不到一半的價(jià)格獲得Virtex-6系列 FPGA的性能启涯，性價(jià)比翻一番贬堵，而且功耗減少一半，為高端功能提供了平衡優(yōu)化的配置结洼。
Virtex-7 FPGA 系列—業(yè)界最高系統(tǒng)性能和容量
? 與Virtex-6 FPGA相比黎做，Virtex-7系列的系統(tǒng)性能翻了一番、功耗降低一半补君、速度提升30%引几、其重點(diǎn)在于容量擴(kuò)大2.5倍昧互、多達(dá)200萬個(gè)邏輯單元挽铁、串行寬帶達(dá)1.9Tbps、線速高達(dá)28Gbps敞掘。其EasyPath降低成本解決方案叽掘，從而將這一業(yè)界最成功的 FPGA 架構(gòu)推到了全新的高度。
全新Xilinx 7 系列FPGA芯片優(yōu)勢(shì)全析
總體優(yōu)勢(shì)分析
? 全新Xilinx 7 系列FPGA芯片不僅在幫助客戶降低功耗玖雁、降低成本方面取得新突破更扁，而且還具備高容量竟秫、高性能以及可移植性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
? 功耗對(duì)FPGA的重要性
? 三個(gè)子系列均采用臺(tái)積電和三星HKMG(高介金屬閘)高性能低功耗工藝開發(fā)妇萄，在性能换途、功耗、成本方面比上代產(chǎn)品均有大幅改進(jìn)膛薛。全新Xilinx 7 系列FPGA芯片听隐，在功耗、性能和設(shè)計(jì)可移植性方面都取得了重大進(jìn)展哄啄。
新系列產(chǎn)品采用針對(duì)低功耗高性能精心優(yōu)化的28 nm 工藝技術(shù)雅任，能實(shí)現(xiàn)出色的生產(chǎn)率，解決 ASIC 和 ASSP 等其他方法開發(fā)成本過高咨跌、過于復(fù)雜且不夠靈活的問題沪么，使 FPGA平臺(tái)能夠滿足日益多樣化的設(shè)計(jì)群體的需求。28nm 工藝和設(shè)計(jì)創(chuàng)新突破性地將功耗降低了50%锌半。統(tǒng)一架構(gòu)保存了 IP 投資禽车，加快了設(shè)計(jì)移植。這些 FPGA 系列是 Xilinx 新一代刊殉、領(lǐng)域優(yōu)化和特定市場(chǎng)專用目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)哭当。
? 從以下圖表我們可以看出通過降低功耗的方法可提高容量與功能：該表說明功耗降低一半可以使得可用性能和容量提升;優(yōu)化的硬模塊可將功耗降低 25% 以上。
此外冗澈，全新Xilinx 7 系列FPGA芯片還有一個(gè)很大的特色钦勘，那就是三個(gè)子系列的架構(gòu)完全統(tǒng)一。這個(gè)統(tǒng)一的架構(gòu)其實(shí)基于Virtex-6亚亲，從這三個(gè)子系列的任意一款都可以很輕易地轉(zhuǎn)移到另一款的開發(fā)彻采，高中低端之間的轉(zhuǎn)換可以隨時(shí)進(jìn)行，設(shè)計(jì)方案可根據(jù)需要收放捌归。如下圖所示肛响，主要現(xiàn)在三個(gè)方面：均為降低功耗和提高性價(jià)比而優(yōu)化;通用的邏輯單元、BRAM惜索、接口;輕松實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)擴(kuò)展特笋。
舉個(gè)栗子
? 用同一個(gè)IP，既可以開發(fā)高端售貨機(jī)又可以轉(zhuǎn)而開發(fā)低端手持設(shè)備巾兆。這個(gè)特性極大地幫助廠商提高生產(chǎn)效率猎物，使得他們不需要對(duì)每代產(chǎn)品進(jìn)行高昂的IP和方案重設(shè)計(jì)，而能快速地?cái)U(kuò)展產(chǎn)品角塑，滿足相鄰市場(chǎng)的需求蔫磨。當(dāng)然，對(duì)于希望利用最新7系列 FPGA 進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能或提高系統(tǒng)性能和容量的客戶來說圃伶，他們可以先用 Virtex-6 和 Spartan-6 FPGA 進(jìn)行設(shè)計(jì)堤如，然后在時(shí)機(jī)成熟時(shí)將設(shè)計(jì)方案進(jìn)行移植蒲列。
Artex-7 系列
優(yōu)點(diǎn)和特性
- 以低功耗、低成本為特色搀罢，它比Spartan-6速度快30%蝗岖，功耗低一半，價(jià)格降低35%;
- 利用基于Virtex系列架構(gòu)的FPGA能夠滿足成本敏感型榔至、大批量市場(chǎng)的性能要求;
- 利用內(nèi)置式 Gen1x4 PCI Express? 技術(shù)實(shí)現(xiàn)3.75Gpbs 串行連接功能;
- 絲焊芯片級(jí)BGA封裝剪侮，實(shí)現(xiàn)了小型化和低成本;
- 能滿足電池供電的便攜式超聲波設(shè)備的低功耗高性能需求
- 能滿足商用數(shù)碼相機(jī)鏡頭控制的小型、低功耗要求
- 能滿足軍用航空電子和通信設(shè)備嚴(yán)格的 SWAP-C(大小洛退、重量瓣俯、功耗和成本)要求
- 尺寸、重量和功耗特性都特別符合手持式應(yīng)用的要求兵怯，如便攜式超聲波彩匕、數(shù)字照相機(jī)控制和軟件定義無線電。
Kintex-7 系列
- 標(biāo)榜業(yè)界最高系統(tǒng)性能和容量媒区，密度達(dá)到200萬個(gè)邏輯單元驼仪，比所有以前和現(xiàn)有的FPGA高出2.5倍
- 與Virtex-6相比，Virtex-7的系統(tǒng)性能番了一倍袜漩，功耗降低一半绪爸，速度提升了30%，是7系列中最高端的子系列;
- 可提供諸如大批量 10G 光學(xué)有線通信設(shè)備等各種應(yīng)用所需的高性能 10.3Gbps 或低成本優(yōu)化的 6.5Gbps 串行連接性宙攻、存儲(chǔ)器和邏輯性能
- 實(shí)現(xiàn)了信號(hào)處理性能奠货、功耗和成本的最佳平衡，能支持長期演進(jìn) (LTE) 無線網(wǎng)絡(luò)部署座掘，滿足新一代高清 3D 平板顯示器嚴(yán)格的功耗和成本要求
- 提供新一代廣播視頻點(diǎn)播系統(tǒng)所需的性能和帶寬
- 10.3125Gbps 串行連接功能和內(nèi)置式 Gen2x8 PCI Express 技術(shù)
- 豐富的塊存儲(chǔ)器和 DSP 資源递惋，是無線 LTE 基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備、LED 背光和 3D 數(shù)字視頻顯示器溢陪、醫(yī)學(xué)成像與航空電子成像系統(tǒng)的理想之選萍虽。
Virtex-7 系列
樹立了全新的業(yè)界性能基準(zhǔn);
與Virtex-6 器件相比，系統(tǒng)性能提高一倍形真，功耗降低一半杉编，信號(hào)處理能力提升 1.8 倍，I/O 帶寬提升 1.6 倍咆霜，存儲(chǔ)器帶寬提升 2 倍;
是業(yè)界密度最高的 FPGA邓馒，多達(dá)2百萬個(gè)邏輯單元實(shí)現(xiàn)了突破性容量;
采用 EasyPath-7 器件，無需任何設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換就能確保將成本降低 35%;
支持 400G 橋接和交換結(jié)構(gòu)有線通信系統(tǒng)裕便，是全球有線基礎(chǔ)設(shè)施的核心;
支持高級(jí)雷達(dá)系統(tǒng)和高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)绒净，能夠滿足單芯片 TeraMACC 信號(hào)處理能力的要求以及新一代測(cè)試測(cè)量設(shè)備的邏輯密度见咒、性能和 I/O 帶寬要求;
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實(shí)現(xiàn)新一代 100GE 線卡偿衰、300G 橋、兆兆位級(jí)交換機(jī)結(jié)構(gòu)、100G OTN 波長轉(zhuǎn)換器下翎、雷達(dá)和 ASIC 仿真缤言。
? 7 系列 FPGA 系列芯片具備的優(yōu)勢(shì)
xilinx的FPGA系列芯片性能 對(duì)比
現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA) 是由通過可編程互連連接的可配置邏輯塊 (CLB) 矩陣構(gòu)成的可編程半導(dǎo)體器件。相對(duì)于專為特定設(shè)計(jì)定制構(gòu)建的專用集成電路(ASIC) 而言视事，F(xiàn)PGA 能通過編程來滿足應(yīng)用和功能要求胆萧。
xilinx的FPGA系列芯片性能對(duì)比表
FPGA應(yīng)用場(chǎng)景的行業(yè)優(yōu)勢(shì)分析
航空航天和軍用產(chǎn)品
? 7系列 FPGA 利用更高的集成度和信號(hào)處理能力極大地降低了功耗，從而為雷達(dá)俐东、軍事通信和高級(jí)成像系統(tǒng)提供了 SWAP-C 優(yōu)勢(shì)跌穗。
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航空電子
Kintex-7 FPGA 的高性價(jià)比增強(qiáng)了飛機(jī)視頻數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的 SWAP-C 優(yōu)勢(shì)。
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雷達(dá)
Virtex-7 FPGA 削減了面向便攜式雷達(dá)系統(tǒng)的 SWAP-C虏辫。
廣播
Kintex-7 FPGA 為主流設(shè)計(jì)帶來了 10Gbps 的串行連接功能蚌吸，實(shí)現(xiàn)了新一代數(shù)字視頻分配系統(tǒng)。
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Video-over-IP 網(wǎng)關(guān)
Kintex-7 FPGA 為遠(yuǎn)距離 WAN 傳送實(shí)現(xiàn)了串行數(shù)字接口(SDI)協(xié)議與 IP 技術(shù)的經(jīng)濟(jì)型砌庄、低功耗橋接羹唠，從而能夠利用標(biāo)準(zhǔn) IP 網(wǎng)絡(luò)連接本地錄播室/現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)、廣播設(shè)施和衛(wèi)星上行站娄昆。
消費(fèi)類
? Artix-7 和 Kintex-7 FPGA 支持主流和新興串行協(xié)議佩微，實(shí)現(xiàn)了功耗和成本優(yōu)勢(shì)，是極具吸引力的 ASIC 和 ASSP 替代品萌焰〔该校可重編程性實(shí)現(xiàn)了高級(jí)圖像增強(qiáng)算法的快速應(yīng)用和在各種最終產(chǎn)品價(jià)格上的特性差異化。
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LED 背光平板顯示器和 3DTV
? Artix-7 和 Kintex-7 FPGA 提供的功能使得平板顯示器制造商能夠提高圖像質(zhì)量扒俯、降低功耗和削減成本族购。為 LED 背光控制器實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的局部調(diào)光和照明補(bǔ)償算法。生產(chǎn)具有不同的 LED 區(qū)域數(shù)量和 LED 布局的直接型照明顯示器陵珍，同時(shí)調(diào)整照明以便與不同供應(yīng)商生產(chǎn)的面板的物理特性相匹配寝杖。為顯示器添加 3D 功能。
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高端消費(fèi)類數(shù)碼單反相機(jī)
? Artix-7 和 Kintex-7 FPGA 實(shí)現(xiàn)了低功耗互纯、低成本和小型化瑟幕，使得高端消費(fèi)類數(shù)碼單反相機(jī)制造商能夠在自動(dòng)對(duì)焦鏡頭內(nèi)實(shí)現(xiàn)控制功能，以及在照相機(jī)機(jī)身控制器/圖像處理 ASIC 內(nèi)迅速部署增強(qiáng)功能留潦。
醫(yī)療
? Kintex FPGA 實(shí)現(xiàn)了高性能只盹、低功耗和小型化，可用于多種醫(yī)療設(shè)備兔院。通過7系列統(tǒng)一架構(gòu)殖卑，工程師能夠迅速調(diào)整設(shè)計(jì)以滿足不同的市場(chǎng)和應(yīng)用要求。
- 便攜式超聲波
在芯片級(jí)封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)的高 I/O 帶寬和 144GMACS 的 DSP 處理性能讓 Kintex-7 70T FPGA 成了前端和后端超聲波處理的理想之選坊萝。設(shè)計(jì)者可以采用完全可編程的128通道超聲波設(shè)計(jì)孵稽，它可以升至196或256通道以便實(shí)現(xiàn)高端手推式解決方案许起，或者降至64或32通道以便實(shí)現(xiàn)手持式尺寸 。
有線通信
? 7系列 FPGA 專為最高帶寬和最低功耗而設(shè)計(jì)菩鲜，能夠滿足網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)帶寬的不斷渴求园细。在不超出現(xiàn)有功耗和冷卻面積的前提下升級(jí)硬件以實(shí)現(xiàn)容量提升。
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100GE 線卡
? Virtex-7 FPGA 提供了適當(dāng)?shù)?I/O接校、存儲(chǔ)器和邏輯組合猛频，實(shí)現(xiàn)了新型線卡的單 FPGA 設(shè)計(jì)，提高了帶寬
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300G Interlaken 橋接
? Virtex-7 XT FPGA 的延伸功能有助于實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)蛛勉，這些器件為 MAC-NPU鹿寻、NPU-開關(guān)和 NPU-TCAM 之間的 Interlaken 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)橋接提供了高達(dá) 1.9Tbps 的帶寬。
無線通信
? Kintex-7 FPGA 專為最低功耗和經(jīng)濟(jì)型信號(hào)處理而設(shè)計(jì)诽凌，提供了符合無線基礎(chǔ)設(shè)施 DSP 密集型要求的功能組合烈和，通過成本優(yōu)化的封裝和在單個(gè) FPGA 內(nèi)整合多種功能實(shí)現(xiàn)了低成本解決方案。
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多模無線電
? Kintex-7 FPGA 能夠幫助您降低成本和功耗皿淋，提供可升級(jí)平臺(tái)招刹，以及支持多種空中接口標(biāo)準(zhǔn)。
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LTE 基帶
? Kintex-7 FPGA 提供了最高的性價(jià)比窝趣，所以設(shè)計(jì)者能夠滿足通用平臺(tái)內(nèi) LTE 基帶處理嚴(yán)苛的延遲要求疯暑。
全新Xilinx 7 系列FPGA芯片的應(yīng)用
? 因?yàn)槿耎ilinx 7 系列FPGA芯片具備的種種優(yōu)勢(shì)，所以它能做到進(jìn)一步拓展FPGA的應(yīng)用領(lǐng)域哑舒。其核心市場(chǎng)包括便攜式超聲波設(shè)備妇拯、無線基礎(chǔ)設(shè)備和新一代有線換入設(shè)備，新市場(chǎng)則包括數(shù)碼單反相機(jī)洗鸵、3D TV平板顯示器以及高性能計(jì)算等領(lǐng)域越锈。
數(shù)碼單反相機(jī)—Artix-7系列 FPGA
Artix-7 FPGA未出現(xiàn)以前，數(shù)碼單反相機(jī)中要用是多個(gè)ASSP芯片膘滨。但是Xilinx Artix-7 FPGA的推出給數(shù)碼單反相機(jī)帶來了福音甘凭。單個(gè)Artix-7 FPGA就可代替9個(gè)ASSP，還可以顯著降低成本火邓、功耗和尺寸丹弱。 其具體實(shí)施方案對(duì)比圖如下圖所示。兩種方案不同的IC成本铲咨、功耗躲胳、尺寸規(guī)格如下表所示
? 通過比較可以得出結(jié)論：相比采用ASSPs而言，采用Artix-7 系列FPGA芯片其成本降低66%纤勒、功耗降低37%坯苹、尺寸縮小85%。
新一代無線多模式無線電—Kintex-7系列FPGA
? 新一代無線多模式無線電要求可移植性摇天。具體來說粹湃，就是：能夠經(jīng)濟(jì)高效地滿足不斷提高的數(shù)據(jù)速率需求;能夠適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn);同時(shí)還要支持多種空中接口混合使用 (MC-GSM+LTE)恐仑。除此之外，其應(yīng)用要求包括：支持CPRI/OBSAI接口標(biāo)準(zhǔn);性能可提高至491MHz;降低資本支出和運(yùn)營支出;降15%的系統(tǒng)成本;實(shí)現(xiàn)5個(gè)9的可用性(即99.999%的可用性)再芋。 正因?yàn)樯鲜鲆蟮拇嬖诰账跃统霈F(xiàn)了一個(gè)問題：即要求現(xiàn)有的FPGA必須能夠擴(kuò)展坚冀，以滿足嚴(yán)格的成本济赎、性能和功耗要求。此時(shí)记某，Xilinx Kintex-7系列FPGA應(yīng)運(yùn)而生司训，正好解決了這個(gè)難題。通過下圖我們可以看到相比之前的Virtex-6系列芯片來說液南，Xilinx Kintex-7系列FPGA在新一代無線多模式無線電上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)壳猜。可以毫不夸張的說滑凉，在采用Xilinx Kintex-7系列FPGA后统扳，該方案的性價(jià)比提高3倍、功耗降低18%畅姊。
在系統(tǒng)性能方面的對(duì)比：
有線通信架構(gòu)核心—Virtex-7系列FPGA
? 如今咒钟，在有線通信架構(gòu)中，已超過400萬個(gè)“智能”設(shè)備投入使用;并且視頻點(diǎn)播是無處不在的;此外因特網(wǎng)流量每年以70%以上的速度在增長若未，所以無形之中朱嘴，線通信架構(gòu)的構(gòu)建就有著永無止境的帶寬需求。在應(yīng)用方面的話粗合，要求能滿足目前和未來的標(biāo)準(zhǔn)要求萍嬉、能與眾多端點(diǎn)設(shè)備相連、還能在保持低功率和較小占位面積的同時(shí)將性能提高3倍隙疚，并且可支持“Interlaken”協(xié)議壤追。
? 由于容量和連接性要求極高，所以有線通信架構(gòu)最常采用ASIC方案供屉。
? 采用ASIC方案的NPU或交換結(jié)構(gòu)圖
? 但是大诸，隨著超高端FPGA Virtex-7(全球首款單芯片300G 可編程橋接器)的出現(xiàn)，由于Virtex-7芯片在性能贯卦、帶寬和功耗上可與ASIC相媲美资柔，并且與未進(jìn)行功率優(yōu)化的器件相比，可降低28%的功耗撵割。因此贿堰，在有線通信架構(gòu)的構(gòu)建中，Virtex-7系列芯片應(yīng)用的也越來越多了啡彬。
? Virtex-7系列方案的NPU或交換結(jié)構(gòu)方案的對(duì)比
[圖片上傳失敗...(image-ddaf50-1532271564213)]
? 全新Xilinx 7 系列FPGA芯片還能滿足便攜超聲波設(shè)備羹与、大批量10G有線通信設(shè)備所需性能;能支持LTE無線網(wǎng)絡(luò)部署;還能滿足3D顯示器的功耗和成本要求;下一代廣播視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的性能和帶寬;支持新一代有線接入設(shè)備和高級(jí)雷達(dá)系統(tǒng)和高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等等故硅。
參考文獻(xiàn)：https://blog.csdn.net/wordwarwordwar/article/details/52940079
