业界首款65nm低成本FPGA瞄准通信和显示等应用

在无线通信、视频以及显示等对成本敏感的应用领域，数字信号处理器(DSP)和一些专用标准产品(ASSP)器件可能要面临被现场可编程门阵列(FPGA)取代的命运。Altera公司在不久前表示，其最新的Cyclone III可编程逻辑器件不仅能够满足上述应用对功耗的严格要求，同时相对于以成本见长的ASIC来说，也具有一定的价格优势。

Altera公司在2002年推出第一款低成本FPGA Cyclone，尝试性地进入显示领域，当时该产品支持480i的显示模式。很快，两年后面世的Cyclone II就已经能够支持720i、1080i、1080p三种显示模式。不过，业界对上市时间要求的不断加快使得FPGA供应商看到了该类产品后市的更多潜力。“我们希望开拓FPGA的更多应用。可以发现，市场对信息处理和产品功耗的要求，这是Altera推出Cyclone III的主要原因。” Altera低成本产品总监Luanne M. Schirrmeister在上海表示。据称，相较Cyclone II，新器件做了更多的性能优化，使得它能够在视频监控、便携式医疗设备、软件无线电、微基站(Pico-BTS)中一展身手。

除了延长便携式应用中电池的使用寿命，低功耗还能够为系统散热管理带来便利，并尽可能的降低甚至消除制冷系统的成本。据悉，为了降低器件功耗，Cyclone III的研发工程师们采用了软硬件结合的方式。首先，它使用台积电(TSMC)此前为手机芯片所开发的65nm的低功耗(LP)工艺技术。其次，通过Quartus II PowerPlay分析和优化技术，使用者将能够通过软件设计来进一步降低功耗。Quartus II具有强大的时序分析/收敛和功耗优化/收敛能力，而设计复用功能还能帮助使用者节省编译设计的时间。据称，Cyclone最大可包含120k逻辑单元，此时的静态工艺低于0.5W，这个水平是Stratix III器件的1/3。在25℃结温时，内核静态功耗更低至35mW。此外，它还支持热插拔工作，未使用的I/O块在没有电流时将被切断。

图：Cyclone III的平面设计图。

仅仅提供低功耗当然不够。在Cyclone III瞄准的目标应用中，对于性能的要求也同等重要。Cyclone III拥有丰富的存储器和DSP资源，并提供了较宽的密度范围：同Cyclone II相比，新产品在密度上提高了1.7倍(12万个逻辑单元)，片内存储器容量也提高了3.5倍，达到4Mb。“我们的对手目前仅能实现25,000个逻辑单元。”Schirrmeister表示。而为了实现高效的DSP功能，该器件还在单片Cyclone中集成了最多288个260MHz的乘法器，赋予Cyclone III业界最大的乘法器至逻辑比。

对存储器的优化能够带来三个方面的好处。首先，更大的片内存储器能够支持对存储器容量更大需求的应用。其次，高存储器容量还使得该器件拥有更高的存储器至逻辑比，能够实现数据包缓冲，同时意味着片内嵌入式处理器可使用更大的数据和指令缓存以及更大的FIFO缓存。最后，优化的存储器方案还能在密集处理应用中提供最佳的存储器至乘法器比，特别是视频和图像处理领域。

Cyclone III还拥有强大的时钟管理和综合技术，具有灵活的动态可配置锁相环电路。可调整的I/O摆率能够提高信号完整性。存储器接口方面，能够支持包括DDR、DDR2、SDR、SDRAM以及QDRII SRAM在内的高速外部存储器接口，其自校准PHY可快速实现时序逼近。此外，它还支持LVTTL、LVCMOS、SSTL、高速收发器逻辑(HSTL)、PCI Express、LVPECL、mini-LVDS、低摆幅差分信号(RSDS)、点对点差分信号(PPDS)等I/O标准。Cyclone III系列中拥有最多I/O引脚的型号为EP3C120，I/O总数为531个。

低成本是Cyclone III能够替代DSP或ASSP的第三大优势。据称，为了优化成本，实现单位逻辑单元价值的最大化，除了采用65nm工艺来减小芯片尺寸外，交错I/O环也减小了管芯尺寸和电路面积。Altera还同时提供低成本的封装选择。此外，该器件还支持低成本的串行闪存和并行闪存来配置器件。最后，当然别忘了，Schirrmeister强调：“Cyclone系列本身就是以降低成本为目的而开发的FPGA产品。”

作者：王彦