FPGA Cyclone® IV

Optimisation des coûts système

Tous les FPGA Cyclone® IV nécessitent seulement deux alimentations pour fonctionner. Cela simplifie votre réseau de distribution d'alimentation et vous permet d'économiser des coûts et de l'espace sur la carte, ainsi que du temps de conception. Avec les émetteurs-récepteurs intégrés sur l'architecture Cyclone® IV FPGA, vous obtiendrez une conception et une intégration simplifiées de la carte. De plus, la flexibilité de l'architecture de synchronisation de l'émetteur-récepteur vous permet de mettre en œuvre plusieurs protocoles tout en utilisant pleinement toutes les ressources disponibles de l'émetteur-récepteur. L'intégration et la flexibilité du FPGA Cyclone® IV GX vous permettent de concevoir un appareil plus petit et optimisé en termes de coûts, ce qui réduit les coûts totaux de votre système.

Réduire la consommation

Construits sur un processus basse consommation optimisé en 60 nm, le FPGA Cyclone® IV E étend le leadership basse consommation du FPGA Cyclone® III de la génération précédente. Le FPGA Cyclone® IV E réduit la tension du cœur, ce qui réduit la puissance totale de 25 % par rapport au prédécesseur. Avec les émetteurs-récepteurs FPGA Cyclone® IV GX, vous pouvez créer un pont PCI Express* vers Gigabit Ethernet pour moins de 1,5 watts.

Les FPGA Cyclone® IV sont optimisés pour une consommation d'énergie minimale, ce qui vous permet de mieux gérer les exigences thermiques. En conséquence, vous pouvez réduire ou éliminer les coûts de refroidissement du système et également prolonger la durée de vie de la batterie pour les applications portables.

Consommation d'énergie du FPGA Cyclone® IV

La famille de FPGA Cyclone® IV démontre le leadership d'Intel dans l'offre de FPGA économes en énergie. La consommation d'énergie du FPGA Cyclone® IV a été réduite de 25 % par rapport au FPGA Cyclone® III, grâce à une architecture et une puce améliorées, à une technologie avancée de traitement des semi-conducteurs et à des outils de gestion de la consommation.

La figure suivante montre la consommation électrique statique des appareils Cyclone® IV E à une température de jonction de 85°C. Le plus petit appareil Cyclone® IV EP4CE6 consomme seulement 38 mW à 85 °C et le plus grand appareil Cyclone® IV EP4CE115 consomme seulement 163 mW de puissance statique à 85 °C.

Avantages d'une faible consommation d'énergie

La réduction de la consommation d'énergie des dispositifs logiques programmables présente des avantages considérables pour de nombreuses applications. Cependant, une faible consommation d'énergie n'est qu'un aspect de l'alimentation du système. La figure suivante montre que les FPGA Cyclone® IV GX réduisent la consommation d'énergie des FPGA de 30 % en moyenne.

Silicium et optimisations architecturales

La puissance statique peut augmenter considérablement avec le processus de semi-conducteur submicronique si aucune stratégie de réduction de puissance n'est utilisée. La consommation d'énergie statique augmente dans les technologies de processus submicroniques en grande partie en raison de l'augmentation des fuites sous le seuil de courant de fuite.

En utilisant une technologie de processus basse consommation (LP) traditionnellement utilisée par les principaux fabricants de semi-conducteurs pour les composants de combinés, Intel a minimisé le courant de fuite pour une faible puissance statique. Les géométries plus petites rendues possibles par ce processus avancé, associées à des optimisations architecturales, permettent aux FPGA Cyclone® IV de réduire au minimum la consommation d'énergie dynamique et statique. Le processus et les améliorations architecturales qu’Intel utilise avec Cyclone® IV FPGA comprennent l’utilisation de diélectriques à faible k, de longueurs de canal et d’épaisseurs d’oxyde variables et de multiples tensions de seuil de transistor.

Estimation et analyse précises de la consommation

Intel facilite l'estimation et l'analyse de la puissance, du concept de conception à la mise en œuvre, grâce aux outils de conception de gestion de l'alimentation les plus précis et les plus complets du secteur. Intel propose des estimations de puissance de silicium jusqu'à 125 °C et dans le pire des cas pour les familles de FPGA à faible coût dans toute sa suite d'outils. Intel propose les ressources d'estimation et d'analyse de consommation suivantes :

• Estimateur de consommation précoce Cyclone® IV.
• Technologie d'analyse et d'optimisation de l'alimentation Quartus® Prime.
• Centre de ressources de gestion de la consommation.

Utilisez l'estimateur de puissance précoce (EPE) pendant la phase de conception et l'analyseur de puissance pendant la phase de mise en œuvre de la conception. L'EPE est un outil d'analyse basé sur une feuille de calcul qui permet d'évaluer très tôt la puissance en fonction des appareils et des packages choisis, des conditions de fonctionnement et de l'utilisation des appareils.

L'analyseur de consommation est un outil d'analyse de consommation beaucoup plus détaillé qui utilise le placement de conception réel, le routage et la configuration logique. L'outil peut utiliser des formes d'onde simulées pour estimer très précisément la puissance dynamique. L'analyseur de puissance, dans son ensemble, fournit une précision d'environ 10 % lorsqu'il est utilisé avec des informations de conception précises. Les modèles de puissance Intel® Quartus® Prime sont étroitement corrélés aux mesures réelles de la puce.

Intel utilise plus de 5 000 configurations de test différentes pour mesurer la puissance des composants individuels d'un FPGA de la série Cyclone®. Chaque configuration se concentre sur la mesure d'un seul composant de circuit du FPGA dans une configuration spécifique.

Optimisation de la consommation énergétique de Quartus® Prime

Les détails de la mise en œuvre du design peuvent améliorer les performances, minimiser la surface et réduire la consommation énergétique Historiquement, les compromis de performance et de surface ont été automatisés au sein du niveau de transfert de registre (RTL) via le flux de conception de lieu et de routage.

Les outils d'optimisation de puissance du logiciel Quartus® Prime utilisent automatiquement les capacités de l'architecture FPGA Cyclone® IV pour réduire de 25 % maximum la consommation dynamique par rapport au FPGA Cyclone® III.

Le logiciel de développement Quartus® Prime dispose de nombreuses optimisations automatiques de la puissance transparentes pour le concepteur, qui permettent d'utiliser l'architecture FPGA de façon optimale afin de minimiser la consommation énergétique. Par exemple, avec le logiciel Quartus® Prime, vous pouvez :

• Transformer les principaux blocs fonctionnels.
  
• Mapper les RAM des utilisateurs afin qu'elles consomment moins d'énergie.
• Restructurer la logique pour réduire la puissance dynamique.
• Sélectionner correctement les entrées logiques pour minimiser la capacité sur les réseaux à haut basculement.
• Réduire la demande de surface et de câblage pour la logique de base afin de minimiser la puissance dynamique dans le routage.
• Modifier le placement pour réduire la puissance de synchronisation.