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      專家揭秘FPGA低功耗技術(shù)

      更新時(shí)間: 2006-07-14 17:19:39來源: 粵嵌教育瀏覽量:709

        也許,在許多應(yīng)用中,推動(dòng)FPGA普及的障礙就是它們相對較高的功耗。但隨著工藝技術(shù)的持續(xù)微縮,許多控制漏電流的技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用在新一代FPGA上,特別是采用90納米或65納米等先進(jìn)工藝的FPGA,都配備了各種不同的降低功耗方案。因此,長遠(yuǎn)來看,低功耗FPGA在技術(shù)上是可行的,而且也將成為在經(jīng)濟(jì)上的可行方案。

        在FPGA 2006大會(huì)上,Xilinx公司的研究人員展示了如何透過基本的設(shè)計(jì)技術(shù)來開發(fā)出低功耗FPGA,這些技術(shù)包括電壓調(diào)整,功耗閘控,低泄漏配置內(nèi)存以及部份和完全睡眠模式。由此獲得的Pika架構(gòu)據(jù)說相當(dāng)適合于電池供電的消費(fèi)性應(yīng)用。該公司同時(shí)聲稱與基本的Spartan 3架構(gòu)相較,這種新架構(gòu)所消耗的主動(dòng)功耗可減少46%,而靜態(tài)功耗則可減少達(dá)99%。

        然而,該架構(gòu)是否可實(shí)現(xiàn)商業(yè)化是另一個(gè)問題,因?yàn)樗诹η蠼档凸牡耐瑫r(shí),以硅芯片面積為代價(jià),其面積較現(xiàn)有組件大出了40%。由于面積會(huì)轉(zhuǎn)化為成本,對手持設(shè)備消費(fèi)者應(yīng)用而言,成本永遠(yuǎn)是一個(gè)關(guān)鍵考慮,特別是在產(chǎn)品汰換周期快速、降價(jià)也相當(dāng)迅速的今天,消費(fèi)性電子產(chǎn)業(yè)的變遷速度往往超過預(yù)期,過去所期待的產(chǎn)品生命周期現(xiàn)今已大幅縮短。然而,請記住FPGA供貨商正引領(lǐng)著向更低工藝節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換的趨勢,且FPGA將在65納米和45納米具備更大容量,甚至比現(xiàn)在所預(yù)測的更多。

        對許多應(yīng)用而言,這些更小工藝節(jié)點(diǎn)的真正優(yōu)勢對更大的閘容量而言并不是必要的。它可能會(huì)透過“浪費(fèi)”閘數(shù)以化面積或性能。事實(shí)上,在65或45納米工藝節(jié)點(diǎn),浪費(fèi)40%的面積不會(huì)是一個(gè)大問題,但可能會(huì)節(jié)省46%的功耗。

        此外,F(xiàn)PGA供貨商正在開始使用低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)。例如,Altera近推出了一種針對嵌入式RAM的功率感知映射技術(shù)。在90納米及以下工藝,F(xiàn)PGA供貨商已經(jīng)體認(rèn)到他們正處于一個(gè)“受功耗限制而進(jìn)行微縮”的時(shí)代,Altera公司工程主管Vaughn Betz說。他同時(shí)指出,這將使新一代FPGA得以具備較前幾代組件高出兩倍的容量,但卻沒有那么大的功耗。

        一些研究人員認(rèn)為,當(dāng)我們進(jìn)入32納米或更小的納米技術(shù)領(lǐng)域后,我們將需要轉(zhuǎn)向采用類似于FPGA的結(jié)構(gòu)。加州大學(xué)柏克萊分校(UCB)教授Jan Rabaey表示,理想的“納米級硅晶實(shí)現(xiàn)平臺”將是可程序的,規(guī)則的以及冗余的。這種結(jié)構(gòu)將具備更好的容錯(cuò)能力與變異性,更易于生產(chǎn)。而且,Rabaey指出,這種結(jié)構(gòu)還為小化功耗提供了更多機(jī)會(huì)。

        的確,一般芯片在設(shè)計(jì)時(shí)都必須占用掉許多的晶體管,但在進(jìn)入納米時(shí)代后,將會(huì)有更多的晶體管供我們使用。這意味著在反應(yīng)市場需求的同時(shí),設(shè)計(jì)工程師欠缺的也許只是足夠的時(shí)間,讓他們能夠順利推出產(chǎn)品并滿足市場需求。在應(yīng)對高度上市壓力情況下,具備可程序能力,能讓設(shè)計(jì)工程師實(shí)時(shí)添加、修改任何功能的FPGA組件將益發(fā)顯現(xiàn)出其吸引力。

        不過,千萬不要搞錯(cuò)此一事實(shí)-不管在任何工藝節(jié)點(diǎn),若要比較性能,功耗小化或數(shù)量成本等特性,F(xiàn)PGA永遠(yuǎn)不會(huì)趕上ASIC或者全定制IC。但到了65納米世代,對許多應(yīng)用來說,F(xiàn)PGA有可能成為‘還不錯(cuò)’的解決方案。而等到我們進(jìn)入32納米或更小工藝節(jié)點(diǎn),你會(huì)發(fā)現(xiàn)越來越多的組件看起來都會(huì)像是FPGA。

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