关于FPGA产品的调研报告(四大厂商)

1、关于FPG修品的调研报告（四大 r商）20关于FPGA产品的调研报告1 Altera (Intel)Altera (现已被Intel收购)作为世界老牌可编程逻辑器件的厂家，是90年代以后发展最快的可编程逻辑器件的供应商，在日本和亚太地区用的人多。Altera FPGA可提供多种可配置嵌入式SRAM、高速收发器、高速I/O、逻辑模块以及布线；具结合带有 软件工具的可编程逻辑技术，缩短了 FPGA开发时间，降低了功耗和成本。1.1 开发软件a) MAX+PLUSII :普遍认为MAX+PLUSII曾是最优秀的PLD开发平台之一，适 合开发早期的中小规模 PLD/FPGA ,现由Quartus II

2、替代，不再推荐使用；b) Quartus II: Altera新一代FPGA/PLD开发软件，适合新器件和大规模 FPGA 的开发，已经取代MAX+PLUSII 。1.2 产品系列Altera的主流FPGA分为两大类，一种侧重低成本应用，容量中等，性能可以满 足一般的逻辑设计要求，如 Cyclone, CycloneII等；还有一种侧重于高性能应用， 容量 大，性能可满足各类高端应用，如 Startix, StratixII等，用户可以根据自己实际应用要 求进行选择。Altera FPGA主要分为Stratix系列、Arria 系列、Cyclone系列、MAX 系列。在性能可以满足的情况下，优

3、先选择低成本器件。1.2.1 Stratix 系列Stratix FPGA 系列是Altera的第一代高端FPGA系列，在FPGA上同时实现了高 性能体系结构和高度集成特性。Stratix系列产品具有的特性是革命性的，而且还在不断 发展。表1列出了 Stratix系列的各个器件。表1. Stratix器件系列Stratix系列推出 年份 工艺StratixStratixGXStratix200220032004130nm 130nm 90nmStratixII GXStratix Stratix StratixIII IV V200520062008Stratix102010201390nm

4、65nm 40nm 28nm 14nmStrati系列xStratixStratixGXStratixILStratixII GXStratixIIIStratixIVStratixV技术Stratix10三栅1.2.1.1Stratix FPGA(1) Stratix FPGAStratix FPGA能够提供80K逻辑单元(LE)以及7.3Mbits片内RAM ,这些资源排 列在TriMatrix 存储器模块中，工作速度高达350 MHz。Stratix FPGA支持外部存储器 接口，例如：400Mbps 的 DDR SDRAM、800Mbps 的 QDRII SRAM 。Stratix F

5、PGA 还 引入了世界上第一款数字信号处理 (DSP)模块，含有4个18 x 18乘法器、累加器和求 和单元。(2) Stratix GX FPGA在Stratix FPGA 高性能体系结构特性基础上，Stratix GX FPGA 是第一款具有多 千兆速率高速串行收发器的可编程逻辑器件。使用收发器模块支持4路全双工通道和时钟数据恢复(CDR)技术，每通道数据传输超过了 3.1875Gbps。这一数据速率支持很多 常见的高速通信协议，包括：Serial Lite、千兆以太网、万兆以太网/XAUI、SONET/SDH、 光纤通道、Serial Rapid IO 标准、PCI Express、SF

6、I-5,以及 SPI-5 等。1.2.1.2Stratix II FPGA(1) Stratix II FPGAStratix II FPGA作为大容量高性能FPGA ,可在最高效的器件中实现高密度逻辑 设，从而获得高性能和很好的信号完整性。该器件基于1.2V、90nm、SRAM工艺，具有15,600至179,400个等价逻辑单元(LE) , 9Mbits片内RAM , 1,170个用户I/O引脚， 高度优化的数字信号处理(DSP)模块中具有384个(18x18)嵌入式乘法器。在Stratix系列的基础上，Stratix II具有创新的逻辑结构，高性能的DSP模块和片 内存储器，高速I/O引脚

7、和外部存储器接口。Stratix II采用TSMC低k绝缘工艺技术， 具有180K等价逻辑单元(LE)和9 Mbits嵌入式存储器，Stratix II FPGA 是性能最好、 密度最高的90nm FPGA ,具有Altera的冗余技术，极大的提高了产量，降低了器件成 本，同时优化了器件总功耗。(2) Stratix II GX FPGAStratix II GX 器件融合了 Stratix II体系结构，具有20个全双工、高性能、多千兆 位收发器。收发器在整个600-Mbps至6.375-Gbps工作范围内具有优异的抖动性能，同 时保持了最低功耗。Stratix II GX FPGA 一个器

8、件中集成了 20个基于用化器/解用器 （SERDES）的收发器，可为多千兆位串行I/O的应用和协议提供强大的解决方案。Stratix II GX FPGA 具有同类最佳的信号完整性。其收发器的体系结构可成功的工 作在数据速率高达6.375Gbps的50" （1.25 m）传输线上，采用标准FR-4材料制作的电 路板和背板上，以及2.5Gbps的30m PCIe电缆上。对此，收发器包括了一些特性以确 保如此高的速率下的信号完整性，同时保持了低功耗。这包括：即插即用信号完整性和 业界第一款自适应均衡器 Altera的自适应散射补偿引擎（ADCE）;具有动态选择信 号完整性的物理介质附加（

9、PMA）层（包括锁相环（PLL）体系结构）；收发器动态重新配置 支持多种协议、数据速率和物理介质附加子层 （PMA）设置；与最相近的竞争方案相比， 电路经过优化，功耗降低了一半。Stratix II GX FPGA 可提供全面的协议解决方案。 Stratix II GX FPGA 是目前很多 高速串行应用中关键协议全面解决方案的组成。为 PCI Express、CEI-6G、串行数字接 口（SDI）、千兆以太网、Serial Rapid IO （SRIO） 、XAUI、SerialLite II、光纤通道以及 SONET标准提供支持。这一全面的解决方案包括：专用物理编码子层（PCS）协议电路、

10、Altera及其AMPPSM合作伙伴提供的优化协议知识产权（IP）、与协议相关的特征报告、 资料和参考设计、专用协议开发套件、Stratix II GX 版PCI Express开发套件、Stratix II GX版音频视频开发套件。Stratix II GX FPGA 具有创新的逻辑结构。Stratix II GX FPGA 采用了 Stratix II FPGA中创新的自适应逻辑模块（ALM）逻辑结构，使用TSMC的90-nm低k绝缘工 艺技术，经过优化提高了性能，控制了电流泄漏。一片 Stratix II GX FPGA能够提供 20个高速串行收发器，以及130K等价逻辑单元（LE）、6

11、.7Mbits的嵌入式存储器，252 个（18位x18位）乘法器能够高效实现高性能滤波器和其他数字信号处理 （DSP）功能。1.2.1.3Stratix III FPGAStratix III器件系列是结合高性能、高密度和低功耗的高端FPGA,其性能随着设计容量的提高更加明显。Stratix III器件经过设计，最低的功耗需求比Stratix II低50%, 没有热沉或者强制空气散热带来的可靠性风险，性能比 Stratix II提高了 25%,容量是 Stratix II FPGA的两倍，具有高达533-MHz DDR3的高性能存储器接口，性能达到 1.6Gbps的LVDS ,在LVDS I/

12、O上支持串行千兆位介质无关接口 （SGMII）。Stratix III GX 器件含有工作速率高达 6.5GHz的同类最佳嵌入式收发器，以极低的功耗实现了高性 能逻辑和片内用化器/解用器（SERDES）的完美组合。Altera Stratix III FPGA 提供三种型号，分别针对逻辑、 DSP和存储器以及收发器 进行了优化：Stratix III L器件主要针对逻辑较多的应用，Stratix III E器件主要针对 DSP和存储器较多的应用，Stratix III GX 器件含有多吉比特收发器。可编程功耗技术使Stratix III逻辑架构能够在逻辑阵列模块（LAB）级进行编程，根据设计需

13、求提供高速或者低功耗逻辑。在这种方式中，只有很少比例的电路是关键时 序电路，需要采用高速设置，而其他电路则采用低功耗设置，使低功耗逻辑的功率泄漏 降低了 70%。止匕外，没有使用的逻辑以及 DSP模块和TriMatrix 存储器进入低功耗模 式,进一步降低了功耗。1.2.1.4Stratix IV FPGA在先进成熟的Stratix III体系结构基础上，Stratix IV FPGA实现了大容量、功能 丰富的高性能内核架构。结合灵活的I/O、宽带收发器和存储器接口，Stratix IV FPGA满足了无线通信、固网、军事、广播和其他市场领域对高端数字系统的需求。具有以下关键优势：a）高密度：

14、具有 680K逻辑单元（LE）、22.4Mbits嵌入式存储器和 1,360 个18x18乘法器；b）高性能：具有2个速率等级优势；c）系统带宽：具有 8.5Gbps的48个高速收发器，以及 1,067 Mbps （533 MHz） DDR3存储器接口；d）低功耗：在40nm优势和可编程功耗技术的支持下，比市场上的其他同 类高端FPGA功耗低50%;e） PCI Express 硬核知识产权 （IP） Gen1 （2.5 Gbps）和 Gen2 （5.0 Gbps）, 4个x8模块，实现了全端点或者根端口功能；f）优异的信号完整性：能够驱动 50”背板，速度达到6.375Gbps,支持即 插即

15、用信号完整性。Stratix ? IV FPGA系列包括以下三种器件型号：Stratix IV GT （基于收发器）FPGA、Stratix IV GX （基于收发器）FPGA、Stratix IV E （增强型器件）FPGA。Stratix IV GT （基于收发器）FPGA :具有530K逻辑单元（LE）和48个全双工基于 CDR的收发器，速率达到11.3Gbps。Stratix IV GX （基于收发器）FPGA :具有530K逻辑单元（LE）和48个全双工基于 CDR的收发器，速率达到 8.5 Gbps。Stratix IV E （增强型器件）FPGA:具有 820K LE , 23.

16、1Mbit RAM , 1,288个 18 x 18 位乘法器。Stratix IV FPGA支纵向移植，在每一系列型号中都能灵活的进行器件选择。而 且，Stratix III和Stratix IV E器件之间有纵向移植途径，因此，我们可以在Stratix III 器件上启动设计，不需要改动 PCB就能够转到容量更大的 Stratix IV E 器件上。1.2.1.5Stratix V FPGAAltera 28-nm Stratix V FPGA在高端应用中实现了业界最大带宽和最高系统集成 度，非常灵活，降低了成本和总功耗。该 系列包括四个器件型号：a）带有收发器的Stratix V GX

17、FPGA:集成了 66个全双工、支持背板应 用的14.1-Gbps收发器，以及高达800 MHz的6 x72位DIMM DDR3 存储器接口，支持芯片至芯片/芯片至模块。适用于高性能、宽带应用。；b)带有增强数字信号处理(DSP)功能和收发器的Stratix V GS FPGA :集成 了 4,096个18位x18位高性能精度可调乘法器、支持背板应用的48个全双工、 14.1-Gbps收发器，以及高达 800 MHz的7 x72位DIMM DDR3 存储器接口， 支持背板、芯片至芯片/芯片至模块，适用于高性能精度可调数字信号处理(DSP) 应用。；c)带有收发器的Stratix V GT FP

18、GA :集成了 4个28-Gbps收发器，32个 全双工、提供28.05G收发器、支持12.5Gbps背板应用的收发器，以及高达800 MHz的4 x72位DIMM DDR3存储器接口，适用于需要超宽带和超高性能的 应用，例如，40G/100G/400G应用；d) Stratix V E FPGA :具有 950K LE、52 Mb RAM、704 个 18 位 x 18 位 高性能精度可调乘法器和840个I/O ,适用于ASIC原型开发。1.2.1.6Stratix 10 FPGAStratix 10设备采用了革命性的英特尔 HyperFlex? FPGA架构和英特尔14纳米 三栅极制造工艺

19、，与上一代的高性能FPGA相比，内核性能提高一倍，同时功耗降低70%,在性能、功耗、密度和系统集成方面具有业界无与伦比的显著优势。Stratix 10产品家族系列有 Stratix 10 GX FPGA、Stratix 10 SX 系统芯片、Stratix 10 TX FPGA、 Stratix 10 MX FPGA 。a) Stratix 10 GX FPGA :专为满足高吞吐量系统的高性能要求而设计，可 提供高达10万亿次的浮点性能，其收发器在芯片模块应用、芯片到芯片应用 和背板应用中可支持高达 28.3 Gbps的速度；b) Stratix 10 SX :系统芯片采用硬处理器系统， 除具

20、备Stratix 10 GX 设 备的所有功能之外，支持各种密度的64位四核ARM Cortex-A53处理器；c) Stratix 10 TX FPGA :将H-tile收发器和 E-tile收发器相结合，提供 了业内最先进的收发器功能。E-tile收发器提供双模收发器功能，允许单个收 发器信道在PAM-4模式下以最高56 Gbps的速度运行，在 NRZ模式下以 最高30 Gbps的速度运行。Stratix 10 TX FPGA 还支持 Stratix GX 和SX 产品系列的其他突破性创新；d) Stratix 10 MX FPGA :在一个封装中将 Stratix 10 FPGA 和系统

21、芯片 的可编程性和灵活性与 3D堆叠高带宽内存 2 (HBM2)融合在一起，支持 H-tile收发器和E-tile收发器。1.2.2 Arria 系列Arria系列作为中端系列，适用于对成本和功耗敏感的收发器以及嵌入式应用。Arria FPGA系列提供丰富的存储器、逻辑和数字信号处理(DSP)模块资源，结合28.05Gbps收发器优异的信号完整性，可集成更多的功能并提高系统带宽。 而且Arria V器件系列的SoC FPGA还具有基于ARM的硬核处理器系统（HPS）,进一步提高了集成 度，降低了功耗。表2列出了 Arria的各个器件。表2.Arria器件系列Arria系列推出 年份技术Arri

22、aGX200790nmArria ArriaIIGZ2009 2010IIGXArria V Arria Arria 10GX,GT,SX V GZ GX,GT,SX20112012201340nm 40nm 28nm 28nm 20nm1.2.2.1 Arria GX FPGAArria GX FPGA 含有Altera的第四代收发器，是 Altera带有收发器的中端FPGA 系列，其收发器速率高达3.125Gbps,可利用它来连接支持PCI Express、千兆以太网、 Serial Rapid IO、SDI等协议的现有模块和器件。Arria GX收发器基于最初为Stratix II GX

23、 FPGA系列而成功开发，所有系列均采用 90nm工艺技术生产，使用相同的物理介 质附加（PMA）电路。Arria GX 还含有Stratix II GX FPGA 物理编码子层（PCS）的子集。 结合倒装焊封装，这些特性在低成本收发器FPGA中可确保设计具有优异的信号完整性。1.2.2.2 Arria II FPGAArria II FPGA 基于全功能40nm FPGA架构，含有成本最低的 6.375Gbps收发器 FPGA，静态功耗比竞争产品低50%。它包括自适 应逻辑模块（ALM）、数字信号处理（DSP） 模块和嵌入式RAM ,以及硬核PCI Express? IP 。相比其他的6G收

24、发器FPGA系列， Arria II FPGA 实用性更强，可更迅速地完成工程 设计。该器件系列有两个型号：a） Arria II GX FPGA :现在发售的 Arria II GX FPGA 有速度最快的收发 器、LVDS和存储器，以最低的成本和功耗实现了丰富的功能。同时该型号 FPGA提供16个6.375-Gbps收发器，非常适合专业摄像机的输出处理等多种 应用。b） Arria II GZ FPGA: Arria II GZ FPGA 是新型号，具有 Arria II GX FPGA的成本和功耗优势，进一步拓展了器件的功能，适合宽带应用。该型号包括24个6.375-Gbps收发器，密度

25、更大，存储器更多，数字信号处理 （DSP） 功能更强。Arria II FPGA 支持纵向移植，因此，用户可以先采用一个器件开始设计，以后需 要的时候，将设计转换到密度不同的器件上。1.2.2.3 Arria V FPGAArria V FPGA 可为远程射频单元、10G/40G线路卡以及广播演播设备等中端应用 实现单位带宽最低功耗，是需要高达 12.5Gbps收发器低功耗设计的理想选择。Arria V GX和GT FPGA使用了 28 nm低功耗工艺实现了最低静态功耗，设计了具有硬核IP的优异架构从而降低了动态功耗。在 10G数据速率，Arria V GZ FPGA 每通道功耗不 到180m

26、W;在12.5Gbps,每通道功耗不到 200mW; Arria V GZ FPGA 的-3L速率等 级器件进一步降低了静态功耗。与前一代中端FPGA相比，Arria V器件的平均功耗降低了 40%。Arria V SoC FPGA在一个基于ARM的用户可定制芯片系统（SoC）中集成了分立处 理器、FPGA和数字信号处理（DSP）功能。SoC FPGA使用宽带互联干线链接，在FPGA 架构中集成了 HPS（包括处理器、外设和存储器控制器），降低了系统功耗和成本，减小 了电路板面积，提高了系统性能。HPS与Altera的28-nm低功耗FPGA架构相结合，实现了应用类ARM处理器的性能，它还具备

27、了 Arria V FPGA灵活的数字信号处理 （DSP）功能，同时可实现硬核知识产权（IP）的性能、低功耗特性以及可编程逻辑的灵活 性。1.2.2.4 Arria 10 FPGAArria 10设备具有业界唯一的硬核浮点数字信号处理（DSP）模块，速率高达每秒1.5 Tera次浮点运算（TFLOPS）,实现了新的DSP性能水平；止匕外，Arria 10系列提供 可编程逻辑行业仅有的20 nm基于ARM的SoC,可提供高达1.5 GHz的时钟速度，相 比竞争FPGA和SoC可提供高出一个速度等级的内核性能和高达20%的最高频率优势。与前一代中端 FPGA相比，英特尔的Arria 10 FPGA

28、和SoC性能提高了 60%, 功耗降低了 40%,而与前一代高端FPGA相比，性能提高了 15%,功耗降低了 60% o 目前Arria 10器件系列型号主要包括：Arria 10 GT、GX、SX FPGA。a） Arria 10 GT:支持78个全双工收发器，数据速率高达 25.78Gbps芯 片至芯片,背板达到12.5Gbps,还有1,150K等价LE;b） Arria 10 GX :支持96个全双工收发器，数据速率高达17.4Gbps芯片 至芯片,背板达到12.5Gbps,还有1,150K等价LE ;c） Arria 10 SX : SoC 支持双核 ARM Cortex-A9 HPS

29、 , 48 个全双工收发 器,数据速率高达17.4Gbps芯片至芯片，背板达到12.5Gbps,还有660K等 价LE 01.2.3 Cyclone 系歹!JCyclone系列作为低端系列，可满足客户对低功耗、低成本设计的需求。每一代 Cyclone FPGA在提供集成度和性能的前提下，降低功耗，并满足低成本要求，表 3出 了 Cyclone的各个器件。表3. Cyclone器件系列Cyclon系列eCycloneCycloneIICycloneIIICyclone IVCyclone VCyclo10推出年J 份匚2002200420072?0092011201工艺技 术13um190nm是

30、否建 议新设 计使用否否是是1是1.2.3.1 Cyclone FPGACyclone-13um FPGA作为Altera中等规模FPGA,基于成本优化的全铜 1.5V SRAM而开发，与Stratix结构类似，是大容量、高密度、低成本的最佳解决方案，适合作为中低端应用的通用FPGA oCyclone FPGA综合考虑了逻辑、存储器、锁相环(PLL) 和高级I/O接口，采用新的串行配置器件的低成本配置方案，其嵌入式存储器资源支持多种存储器应用和数字信号处理(DSP)实现，专用外部存储器接口电路支持与DDRFCRAM和SDRAM器件以及SDR SDRAM存储器的连接，同时支持串行总线和网络 接口

31、以及多种通信协议，片内和片外系统时序管理使用嵌入式PLL ,支持单端I/O标准和差分I/O技术，LVDS信号数据速率高达640Mbps,是Altera最成功的器件之一。1.2.3.2 Cyclone II FPGA在Altera大获成功的第一代Cyclone器件系列基础上，Cyclone II FPGA从根本上 针对低成本进行设计，为成本敏感的大批量应用提供用户定制特性，采用 90nm工艺， 1.2V内核供电，以低于 ASIC的成本实现了高性能和低功耗。Cyclone II作为CycloneFPGA的下一代产品，其密度分布范围广，含有丰富的存储器和嵌入式乘法器，并提供 多种封装选择。同时支持低

32、成本应用中常见的各种外部存储器接口和I/O协议。1.2.3.3 Cyclone III FPGACyclone III FPGA 系列采用全层铜、低k、1.2V SRAM工艺设计，在TSMC非常 成功的90-nm工艺技术上使用300mm圆晶片开发，优化实现了最小管芯体积。该系列 设立了功耗标准，采用台积电(TSMC)的低功耗(LP)工艺技术进行制造，实现了静态功 耗不到1/4W。这一 FPGA系列主要包括：a) Cyclone III :是功耗最低、成本最低的高性能 FPGA,含有120K垂直 排列的逻辑单元(LE)、以9Kbit (M9K)模块排列的4Mbits嵌入式存储器和200 个18x

33、18嵌入式乘法器；b) Cyclone III LS：是安全特性、功耗最低的 FPGA,在布局上提供丰富 的存储器和乘法器资源，包括 200K逻辑单元、8.2Mbits嵌入式存储器和396 个嵌入式乘法器。该系列在硬件、软件和知识产权(IP)层面上率先实现了一系列安全特性，可保证用户IP不被篡改、逆向剖析和克隆。而且通过设计分离 特性，用户可在一个芯片中实现冗余功能，从而减小了实际应用的体积、重量 和功耗。以上体系结构都含有非常高效的互联和低偏移时钟网络，在时钟逻辑结构和数据信 号之间提供互联。逻辑和走线内核架构周围是I/O单元(IOE)和锁相环(PLL)。1.2.3.4 Cyclone IV

34、 FPGAAltera Cyclone IV FPGA拓展了 Cyclone FPGA系列的领先优势，为市场提供成本 最低、功耗最低并具有收发器的 FPGA。Cyclone IV系列采用经过优化的低功耗工艺， 提供150,000个逻辑单元(LE)，总功耗降低了 30%,适合低成本、小外形封装，同时满 足越来越大的带宽需求并降低了成本。该系列包括：a) Cyclone IV GX FPGA :体系结构包括150K垂直排列的逻辑单元(LE)、 以9-Kbit (M9K)模块形式排列的6.5 Mbits嵌入式存储器，以及 360个18x18 嵌入式乘法器。在 Cyclone系列中，Cyclone I

35、V GX FPGA 新增加了 8个速率 高达3.125Gbps的集成收发器；b) Cyclone IV E FPGA:适用于多种通用逻辑应用，体系结构包括 115K 垂直排列的LE、以9-Kbit (M9K)模块形式排列的4Mbits嵌入式存储器，以及 266个18x18嵌入式乘法器。逻辑和走线内核架构周围是I/O单元(IOE)和锁相环(PLL) , GX和E型号有4个通 用PLL,位于管芯的每个角上。Cyclone IV GX FPGA在管芯顶部、底部和右侧排列了 I/O单元，而Cyclone IV E FPGA在管芯四边都有I/O。Cyclone IV GX 管芯左侧是8 个收发器，排列在

36、两个块中，每个块含有 4个收发器。每个收发器块的顶部和底部是多 用途PLL (MPLL)，可以供收发器使用，也可以由 FPGA架构使用。Cyclone IV FPGA可有效的降低系统成本。该系列只需要两路电源供电，简化了电 源分配网络，降低了电路板成本，减小了电路板面积，缩短了设计时间。对于 Cyclone IV GX FPGA，在前沿的低功耗Cyclone IV FPGA体系结构中引入集成收发器，简化了 电路板设计和集成，进一步降低了成本，而且灵活的收发器时钟体系结构可实现收发器 所有可用资源的利用。利用Cyclone IV GX FPGA的灵活性和高度集成特性，可以设计 出体积更小、成本更

37、低的器件，进而降低系统总成本。Cyclone IV E FPGA可有效降低功耗。该系列采用经过优化的60-nm低功耗工艺，拓展了前一代Cyclone III FPGA的低功耗优势。最新一代器件降低了内核电压，与前 一代产品相比总功耗降低了 25%。采用Cyclone IV GX收发器FPGA,用户可以开发 功耗不到1.5瓦的PCI Express至千兆以太网桥接应用。Cyclone IV GX FPGA采用了 Altera成熟的GX收发器技术，具有出众的抖动性能 和优异的信号完整性。PCI-SIG兼容收发器型号支持多种串行协议。Cyclone IV GXFPGA为根端口和端点配置的 PCI E

38、xpress x1、x2和x4提供唯一的硬核知识产权（IP） 模块。1.2.3.5 Cyclone V FPGACyclone V FPGA系列采用TSMC的28nm低功耗工艺以及小尺寸封装选项 （如 11x11 mm2）,与前几代产品相比，总功耗降低了 40%,静态功耗降低了 30%,其性能 水平使得该器件系列成为大批量应用优势的理想选择。 Cyclone V FPGA提供低功耗的 用行收发器，每通道在5Gbps时功耗只有88mW,处理性能高达4000MIPS,而功耗不 到1.8W,此外它具有高效的逻辑集成功能以及基于 ARM的硬核处理器系统（HPS）的 SoC FPGA 型号。内核FPGA

39、架构中精度可调数字信号处理（DSP）模块、多端口存储器控制器和多功能PCI Express Gen2增强IP等丰富的硬核知识产权 （IP）模块可实现更低的系 统总成本并在更短的设计时间完成更多的工作。作为一种可以马上使用的功能，这些硬 核IP模块简化了开发过程，进一步降低了功耗，在增强存储器控制器方面，相对于软 核逻辑占用了更少的电路板空间，而且节省了很多的逻辑资源，从而用于实现独特的功 能，进而突出产品优势。1.2.3.6 Cyclone 10 FPGA与前几代 Cyclone FPGA相比，Cyclone 10系列可节省更多的成本和功耗。该系 列主要包括：Cyclone 10 GX FPG

40、A、Cyclone 10 LP FPGA。通过基于12.5G收发器的 功能、1.4Gbps LVDS 和最高 72位宽 1,866 Mbps DDR3 SDRAM 接口，Cyclone 10 GX FPGA可为用户提供高带宽。Cyclone 10 LP设备提供低静态功耗、成本优化的功能。（1） Cyclone 10 GX FPGACyclone 10 GX FPGA是基于高性能20nm工艺构建的首款低成本器件，可针对成 本敏感型应用发挥其性能优势。该产品支持12.5Gbps收发器I/O，具有高性能1,866Mbps外部存储器接口、1.434Gbps LVDS I/O以及符合IEEE754的硬核

41、浮点DSP模块。因此 Cyclone 10 GX FPGA非常适合需要增加核心级别和 I/O性能级别的各类应用，因为 对可伸缩处理和加速的需求会增加系统要求。（2） Cyclone 10 LP FPGACyclone 10 LP FPGA基于节能的60nm工艺，并提供了一系列IP块(如I2C、申 行外设接口(SPI)、UART和并行I/O模块)和支持超过500个I/O的封装，与前代 产品相比，最新一代的设备可将核心静态功耗降低多达50%,因此该产品非常适合需要更低静态功耗的成本敏感型应用。 所有Cyclone 10 LP FPGA仅需两个核心电源即可 运行，可简化配电网络，节省电路板成本、电路

42、板空间和设计时间，其出色的灵活性， 可在成本较低的小设备中完成设计，从而降低您的总体系统成本。Cyclone 10 GX和LP系列都支持垂直迁移，可先在一个器件上开始进行设计，然 后在完成设计后再将其迁移至相邻的器件。1.2.4 MAX 系列MAX 10 FPGA采用了先进的工艺，在低成本、 单芯片小外形封装的编程逻辑器件 中实现了先进的处理功能，是革命性的非易失集成器件。MAX 10 FPGA采用TSMC的55 nm嵌入式NOR闪存技术制造，通过提供瞬时接通的双配置和模拟到数字转换器 (ADC),在成熟可靠的FPGA功能中集成新特性。具集成功能包括模数转换器(ADC)和双配置闪存，支持在一个

43、芯片上存储两个镜像，在镜像间动态切换。与 CPLD不同， MAX 10 FPGA还包括全功能FPGA功能，例如，Nios II软核嵌入式处理器支持、数 字信号处理(DSP)模块和软核DDR3存储控制器等。2 XilinxXilinx(赛灵思)作为FPGA的发明者，是世界领先的可编程逻辑完整解决方案的供 应商，用户主要集中在欧洲和美国地区。全球 FPGA产品的60%以上是由Altera和 Xilinx提供。与采用传统方法如固定逻辑门阵列相比，利用 Xilinx FPGA可编程器件， 客户可以更快地设计和验证他们的电路， 而且由于Xilinx FPGA器件是只需要进行编程 的标准部件，客户不需要像

44、采用固定逻辑芯片时那样等待样品或者付出巨额成本。因此Xilinx FPGA可编程逻辑解决方案缩短了电子设备制造商开发产品的时间并加快了产 品面市的速度，从而减小了制造商的风险。2.1 开发软件a) ISE: Xilinx公司集成开发的工具；b) Foundation : Xilinx公司早期的开发工具，逐步被 ISE取代； c) ISE Webpack ： Webpack是xilinx提供的免费开发软件，功能比ISE少一些。2.2 产品系列Xilinx FPGA主要分为两大类，一种侧重低成本应用，容量中等，性能可以满足一 般的逻辑设计要求，如Spartan系列；还有一种侧重于高性能应用，容量大

45、，性能能满 足各类高端应用，如 Virtex系列，用户可以根据自己实际应用要求进行选择。XilinxFPGA主要分为Spartan系列、Virtex系列、Kintex系列、Artix系列、Zynq系列。在 性能可以满足的情况下，优先选择低成本器件。2.2.1 Spartan 系歹!JSpartan系列成本低廉，总体性能指标不是很优秀，适合低成本应用场合，是Xilinx 在低端FPGA市场上的主要产品。目前市场上，该系列主要包括Spartan-3、Spartan-3A、 Spartan-3E、Spartan-6、Spartan-7 等。2.2.1.1Spartan-3 FPGASpartan-3

46、系列FPGA全球第一款90nm工艺FPGA , 1.2V内核供电，可提供五种 平台选择，每种选择都能实现可编程逻辑、连接功能和专用硬IP的独特成本优化型平 衡，从而充分满足低成本应用的需求。a) Spartan-3A DSP : DSP 优化适用于需要集成型 DSP MAC和扩展存储器的应用；理想适用于需要低成本 FPGA的设计，支持军用无线电、监控摄像头、 医学成像等信号处理应用。b) Spartan-3AN :非易失性面向需要非易失性系统集成、安全性、大型用户Flash的应用；理想适用于空间关键型或安全应用以及低成本嵌入式控制器。c) Spartan-3A/AN : I/O 优化适用于I/

47、O数量和功能重要性高于逻辑密度的应用；AN系列还带有内部配置FLASH。理想适用于桥接、差分信号和存储器接口应用，支持宽接口或多接口以 及一定的处理功能。d) Spartan-3E -逻辑优化Xilinx第一款支持SPI FLASH配置的FPGA,使配置成本更低； 适用于逻辑密度重要性高于I/O数量的应用；理想适用于逻辑集成、DSP协处理和嵌入式控制，支持较强的处理功 能以及较窄或数量不多的接口。e) Spartan-3 -适用于最高密度和引脚数量的应用 适用于高逻辑密度和高I/O数量同等重要的应用； 理想适用于高度集成的数据处理应用。2.2.1.2Spartan-6 FPGASpartan-

48、6-45nm FPGA器件可提供各种业界领先的连接特性，如高逻辑引脚比、小型封装、MicroBlaze? 软处理器、800Mb/s DDR3支持以及各种多样化支持性 I/O 协议等。这些器件采用 45nm技术构建，是汽车信息娱乐、消费类以及工业自动化中 各种高级桥接应用的理想选择。其关键特性如下表：表4. Spartan-6 FPGA关键特性价值可编程的系统集成提升的系统性能BOM成本削减总功耗削减加速设计生产力关键特性I/O连接的高引脚数与逻辑之比； 超过40个I/O标准可简化系统设计; 具有集成型端点模块的 PCI Express。 高达8个低功耗3.2Gb/s串行收发 器；带有集成内存控

49、制其的 800Mb/sDDR3。针对系统I/O扩展进行了成本优化； MicroBlaze处理器软IP可消除外部 处理器或MCU组件。1.2V内核电压或1.0V内核电压选项; 睡眠节电模式支持零功耗。通过ISE Design Suite实现：无成本、前端到后端(front-to-back )面向 Linux 和 Windows 的 FPGA设计解决方案价值关键特性 但用整合向导快速完成设计2.2.1.3 XA Spartan-3 FPGAXA Spartan-3 系歹U FPGA 主要包括 XA Spartan-3A、3A DSP、3E,其中：a) XA Spartan-3E FPGA :是全球

50、五款针对逻辑优化、成本最低、特性齐 全的平台之一，具有100K1.6M个系统门、66376个I/O接口和密度移植 功能。b) XA Spartan-3A FPGA :是世界上成本最低、针对I/O进行了优化的、 特性齐全的4款平台之一，带有 200K1.4M系统门、195375个I/O和密 度移植功能。其关键特性如下表：c) Spartan-3A DSP FPGA :针对DSP应用实现最高的系统集成度进行 了优化，是成本敏感型 DSP算法和需要高 DSP性能的协处理应用的理想之 选。XA Spartan-3 FPGA 关键特性如下表：表5. XA Spartan-3 FPGA 关键特性关键特性X

51、ASpartan-3EXASpartan-3ASpartan-3A DSP双电源管 理模式器件DNA安全性卜DSP48A-84 126嵌入式处 理多级存储 器架构 领先的连 接功能平 台可配置逻 辑模块CLB精确的时 钟管理资全面的配置功能a）大量器件/封装选项；b）业界最全面的IP库；低成本c）领先的嵌入式和DSP解决方案;d）高效、经济的板设计；e）允许采用更少的元件； f）通过减少外部元件的数量提高系统的可靠性。a）填补传统DSP处理器和高端ASIC与安全性与高性能a）独特的 Device DNA 序列号（57位），有助 于防止设计克隆、未授 权过度构建和反向工程；b）用以提供IP的安全

52、 机制；c）可定制算法，能够实现 安全性以及故障响应。Virtex类解决方案 之间的DSP性能空 白;b）成本优化的DSP 架构实现了出色的 性能和功耗；c）在成本更为敏感的 应用内实现新应用， 如客户端无线接入、 便携式超声波、数字 显示器、监视、视频 处理；d） 3500亿次乘累加操 作/秒（GMACS ）。全面支持汽车要求a）扩展了温度范围的XA FPGA ,有汽车I级（Tj = -40 C +100 °C）和汽车 Q 级（Tj =-40 C +125 C）可供选择；b）无铅封装满足RoHS指令的要求2.2.1.4 XA Spartan-6 FPGAXilinx汽车（XA） S

53、partan-6 FPGA系列是Xilinx推出的最新一代汽车级器件，基 于商用 Spartan-6 FPGA系列。XA Spartan-6 FGPA利用公认的低功耗 45nm、9金 属铜层、双重氧化处理技术制造而成，符合严格的汽车器件级要求。该系列扩展了汽车I级（Tj = -40 C +100 C）和汽车Q级（Tj = -40 C +125 C）的支持温度范围，符 合RoHS规范的无铅封装，利用 AES和Device DNA提高了 IP安全性，利用带有 MMU和FPU的嵌入式MicroBlaze?实现了更好的操作系统（OS）支持。其竞争优 势如下：表6. XA Spartan-6 FPGA

54、关键特性价值风险、性能与集一成度的均衡视频与图像性关键特性a）逻辑单元多达75,000个b）集成PCI Express模块c）双寄存器6输入LUT逻辑结构d）面向低成本HSTL和SSTI存储器接口的多电压、多标准 SelectIO技术库e）多条时钟管理通道，每条均包含 2个DCM 和 1 个 PLLf）高达1000MHz的时钟控制a） 8个低功耗3.125Gbps GTP串行收发器，实现实时高带宽视频吞吐量b）集成式存储器控制器，支持800Mbps存 取速率，实现视频帧的快速缓冲c）低功耗 250MHz DSP48A1 slice ,带有18x18乘法器，实现实时视频处理价值供键特性a）高速接

55、口支持，可以实现多照相机连接， 功能最大化接口b）高速串行性能，可以实现接线和板空间 要求最小化c）集成式端点模块，可以实现主处理器的 工业标准连接2.2.1.5Spartan-7 FPGA成本优化组合新成员 Spartan-7-28nm FPGA器件采用小型封装并提供业界最高的 性能功耗比，可满足最苛刻的要求。这些器件包含MicroBlaze软处理器， 运行速率超过200DMIPS,具有800Mb/s DDR3支持.此外，Spartan-7器件可在所有商业类器件上 提供集成ADC,专用安全功能和 Q级（-40+ 125）。这些器件是工业、消费类应 用以及汽车应用的理想选择，其中包括任意连接、

56、传感器融合以及嵌入式视觉等应用。 其关键特性如下表：表7. Spartan-7 FPGA关键特性关键特性一可编程的系统集成I/O连接的高引脚数与逻辑之比；MicroBlaze 处理器软 IP;集成式安全监控一达到 1.25Gb/s LVDS;高度灵活的软内存控制器支持每秒速度比45nm器件系列快30%;提升的系统性能25.6Gb的峰值 DDR3-800内存带宽价值关键特性BOM成本削减总功耗削减加速设计生产力用于集成离散模拟及监控电路的XADC 与 SYSMON ;针对系统I/O扩展进行了成本优化。1.0V内核电压或 0.95V内核电压选 项；总功耗比45nm器件系列低50%。由 Vivado? HLx Design SuiteWebPack?启动；Vivado IP集成器的自动建构校正模块级设计；具有可扩展的优化架构、综合全面的工 具以及IP核重用。2.2.2 Virtex 系列Virtex系列是Xilinx的高端产品，也是业界的顶级产品，Xil