КОМПЬЮТЕРЫ

Современные реализации ПЛИС

Относительно небольшое количество компаний на сегодняшний день занимается производством микросхем ПЛИС. В данном разделе освещается информация по основным семействам производимых на сегодняшний день ПЛИС, указваются подробные характеристики каждого из семейств, преимущества и недостатки, потенциальные возможности применения.

Xilinx: Virtex-5 FPGA, Virtex-4 FPGA, Virtex II Pro FPGA, Virtex II FPGA, Virtex/E/EM FPGA, Spartan-3E FPGA, Spartan-3 FPGA, CoolRunner-II CPLD.

Altera: Cyclone III FPGA, Cyclone II FPGA, Cyclone FPGA, Stratix III FPGA, Stratix II FPGA, Stratix FPGA, Stratix II GX FPGA, Stratix GX FPGA, Arria GX FPGA, MAX II CPLD, MAX 3000A CPLD, MAX 7000 CPLD.

Сравнительная таблица некоторых характеристик FPGA производителей Xilinx и Altera.

Краткое описание технологии устройств CPLD.

Virtex-5 FPGA

FPGA Xilinx Virtex-5 предназначены для быстродействующих приложений, взаимодействующих с последовательными шинами с пропускной способностью от 100 Мбит/с до 3,2 Гбит/с. В состав Virtex-5 включены аппаратные блоки PCI Express (PCIe) и MAC-адаптера Ethernet 10/100/1000 Мбит/с. Virtex-5 обеспечивают на 30% более высокое быстродействие, на 65% большее количество логических узлов и потребляют на 35% меньше электроэнергии, чем 90-нм FPGA. Для обеспечения быстродействия приложений цифровой обработки сигналов вместо ядра PowerPC-405 в предшествующих сериях вставлено аппаратное ядро DSP48E, реализующее параллельное перемножение с возможностью 48-разрядного и 96-разрядного накопления на рабочей частоте 550 МГц (для 48-разрядных результатов).

Virtex-4 FPGA

Семейство Virtex-4 - ПЛИС фирмы Xilinx с архитектурой FPGA 90-нм. Инновационная ASMBL-архитектура (Advanced Silicon Modular Block) являлась уникальной в индустрии программируемой логики. ПЛИС семейства Virtex-4 включает три подсемейства (платформы): LX, FX и SX. Как и в Virtex-II Pro, присутствуют аппаратно реализованные блоки процессора PowerPC-405 и блоки последовательных приемо-передатчиков.

Virtex-II Pro FPGA

Было выпущено в 2002 году. Архитектура основана на архитектуре семейства Virtex-II, но добавились блоки процессора PowerPC-405, что позволяет программировать непосредственно в кодах этого процессора, а также блоки последовательных приемо-передатчиков со скоростью передачи данных 3.125 ГБит/с, в кристаллах Virtex-II ProX - 10.3125 Гбит/с. Повышено внутреннее быстородействие элементов кристалла - технология 0.13 мкм.

Virtex-II FPGA

Было выпущено в начале 2001 года. ПЛИС семейства Virtex-II реализуют новую идеологию Platform FPGA, подразумевающую что ПЛИС становится основным компонентом цифрового устройства. Технология 0.15 мкм.

Virtex/E/EM FPGA

Было выпущено в октябре 1999 года. Технология производства 0.18 мкм SRAM.

Spartan-3E FPGA

Семейство Spartan-3E специально разработано для использования в электронных устройствах, рассчитанных на большие тиражи и недорогие комплектующие. Семейство Spartan-3E является дальнейшим развитием семейства Spartan-3. Увеличение отношения логической ёмкости к количеству блоков ввода-вывода позволило существенно снизить себестоимость кристаллов в перерасчете на одну логическую ячейку. Технологический процесс 90 нм. Аппаратных ядер нет, есть поддержка синтезируемых ядер микропроцессоров MicroBlaze (32-бит) и PicoBlaze (8-бит).

Spartan-3 FPGA

1.2В серия семейства ПЛИС с архитектурой FPGA (Field-Programmable Gate Arrays) Spartan-3 специально разработана для использования в электронных устройствах, рассчитанных на большие тиражи и невысокую стоимость комплектующих. Технологический процесс 90 нм. Аппаратных ядер нет, есть поддержка синтезируемых ядер микропроцессоров MicroBlaze (32-бит) и PicoBlaze (8-бит).

CoolRunner-II CPLD

Семейство ПЛИС CoolRunner-II разработано для применения в системах с напряжением питания 1.8 В. Кристаллы этой серии характеризуются применением методов технологии EEPROM 0,18 мкм.

Cyclone III FPGA

FPGA микросхемы семейства Cyclone III выполнены по 65 нм SRAM технологии фирмы Taiwan Semiconductor Manufacturing Company. Рабочий диапазон температур - от -40 до +125 градусов Цельсия. Как и в предыдущих сериях, аппаратные ядра не предусмотрены, однако, помимо синтезируемого 32-разрядного ядра процессоров NiosII, для данной архитектуры разработано специальное синтезируемое 32-разрядное ядро процессора Cortex-M1 фирмы ARM. Учёт архитектуры Cyclone III при его разработке позволяет работать данному синтезируемому ядру существенно быстрее, чем NiosII. При реализации Cortex-M1 в ПЛИС с показателем быстродействия "-6" достигается тактовая частота 100 МГц. Для задач цифровой обработки сигналов в платах реализовано до 288 18-битных умножителей, работающих на эффективной частоте 260 МГц.

Cyclone II FPGA

FPGA микросхемы семейства Cyclone II выполнены по 90 нм SRAM технологии с медной металлизацией и напряжением питания ядра 1.2В.

Cyclone FPGA

FPGA микросхемы семейства Cyclone выполнены по 0.13 мкм SRAM технологии с медной металлизацией и напряжением питания ядра 1.5В.

Stratix III FPGA

Семейство Stratix III FPGA имеет два варианта устройств: Stratix III L - для приложений со сложной логикой, и Stratix III E - для приложений типа обработки сигналов и с активной работой оперативной памяти. Основанное на 65-нм технологии, даёт выигрыш до 50% в энергопотреблении по сравнению с предыдущим поколением - Stratix II, давая в то же время повышение скорости работы до 35%. Технология 65 нм.

Stratix II FPGA

Семейство микросхем программируемой логики Stratix II выполнено по технологии 90 нм - 1.2 В.

Stratix FPGA

Семейство микросхем программируемой логики Stratix выполнено по технологии 0.13 мкм SRAM конфигурацией и медной металлизацией.

Stratix II GX FPGA

Как и Arria GX, Stratix II GX оптимизирован для работы с протоколами ввода-вывода для обеспечения более полной загрузки системы. Технология 90 нм.

Stratix GX FPGA

Семейство микросхем программируемой логики Stratix GX выполнено по технологии 0.13 мкм SRAM конфигурацией и медной металлизацией, с оптимизацией для приложений, требующих передачи данных до 3.125 Гбит/с.

Arria GX FPGA

Arria GX - первая FPGA, оптимизированная для работы с протоколами ввода-вывода (теми же, что используются в Stratix II GX). Технология 90 нм.

MAX II CPLD

Семейство ПЛИС, впервые выпущенных в 2005 г. По сравнению с предыдущими ПЛИС серии MAX понижено энергопотребление, а также увеличен круг приложений, которые возможно реализовать на ней.

MAX 3000A CPLD

Семейство ПЛИС, впервые выпущенных в 2004 г. Минимальные задержки - 4.5 нс.

MAX 7000 CPLD

Семейство ПЛИС, впервые выпущенных в 1999 г. Работа на частотах 33 и 66 Мгц. Задержки - от 3.5 до 5 нс.