FPGA Cyclone® IV

Otimização dos custos do sistema

Todos os FPGAs Cyclone® IV exigem apenas duas fontes de alimentação para operação, simplificando a sua rede de distribuição de energia e economizando custos de placa, o espaço na placa e o tempo do projeto. Com os transceptores integrados na arquitetura do FPGA Cyclone® IV, você terá um projeto de placa e uma integração simplificados. Além disso, a flexibilidade da arquitetura de clocking do transceptor permite implementar vários protocolos, enquanto utiliza plenamente todos os recursos dos transceptores disponíveis. A integração e a flexibilidade do FPGA Cyclone® IV GX permite que você projete em um sistema menor de custo otimizado, reduzindo seus custos totais de sistema.

Reduz o consumo de energia

Baseados em um processo de 60 nm de baixa potência otimizado, os FPGAs Cyclone® IV E ampliam a liderança de baixa potência dos FPGAs Cyclone® III da geração anterior. Os FPGAs Cyclone® IV E reduzem a tensão do núcleo, o que reduz a potência total em 25% em comparação com o predecessor. Com os FPGAs de transceptor Cyclone® IV GX, é possível construir uma ponte PCI Express* para Ethernet Gigabit por menos de 1,5 watts.

Os FPGAs Cyclone® IV da Intel são otimizados para o menor consumo de energia, ajudando a gerenciar melhor seus requisitos térmicos. Como resultado, é possível reduzir ou eliminar os custos de resfriamento do sistema e também ampliar a autonomia da bateria para aplicações portáteis.

Consumo de energia do FPGA Cyclone® IV

A família de FPGAs Cyclone® IV demonstra a liderança da Intel nas ofertas de FPGAs com eficiência energética. Com arquitetura e chip de silício avançados, tecnologia de processo de semicondutores avançada e ferramentas de gerenciamento de energia, o consumo de potência dos FPGAs Cyclone® IV foi reduzido em até 25% em comparação com os FPGAs Cyclone® III.

A figura seguinte mostra o consumo de potência estática dos dispositivos Cyclone® IV E em uma temperatura de junção de 85 °C. O menor dispositivo Cyclone® IV EP4CE6 consome apenas 38 mW a 85 °C e o maior dispositivo Cyclone® IV EP4CE115 consome apenas 163 mW de potência estática a 85 °C.

Benefícios do baixo consumo de energia

Reduzir o consumo de energia de dispositivos de lógica programáveis oferece benefícios de longo alcance para muitas aplicações. No entanto, o menor consumo de energia é apenas um aspecto da potência do sistema. A figura seguinte mostra que os FPGAs Cyclone® IV GX reduzem o consumo de energia do FPGA em uma média de 30%.

Otimizações de silício e arquitetura

A potência estática pode aumentar dramaticamente com o processo de semicondutores submicrônicos se estratégias de redução de potência não forem empregadas. O consumo de potência estática aumenta com as tecnologias de processo submicrônicas, em grande parte devido ao aumento da fuga de corrente sublimiar.

Ao empregar uma tecnologia de processo de baixa potência (LP) tradicionalmente usada pelos principais fabricantes de semicondutores para componentes de celulares, a Intel minimizou as correntes de fuga com baixa potência estática. As geometrias menores possibilitadas por este processo avançado, combinadas com otimizações de arquitetura, permitem que os FPGAs Cyclone® IV mantenham ao mínimo o consumo de potência dinâmica e estática. As melhorias de processo e arquitetura que a Intel emprega com as Cyclone® IV FPGA incluem o uso de dielétrica de baixo k, comprimentos de canal e espessuras de óxido variáveis e múltiplas voltagens de entrada do transistor.

Estimativas e análise de consumo de energia precisas

A Intel suporta estimativas e análises de potência, desde o conceito do projeto até a implementação, com as ferramentas de projeto de gerenciamento de energia mais precisas e completas. A Intel oferece estimativas de potência de silício de até 125 °C e de pior cenário para as famílias de FPGA de baixo custo em toda a sua suíte de ferramentas. A Intel oferece os seguintes recursos de estimativa e análise de potência:

• Estimador de consumo de energia inicial do Cyclone® IV
• Tecnologia de análise e otimização de energia Quartus® Prime
• Centro de recursos de gerenciamento de energia.

Use o estimador de consumo de energia inicial (EPE) durante a fase de conceito do projeto e o Analisador de consumo de energia durante a implementação do projeto. O EPE é uma ferramenta de análise baseada em planilhas que permite um escopo inicial da potência com base na seleção de dispositivo e pacote, nas condições de operação e na utilização do dispositivo.

O analisador de consumo de energia é uma ferramenta de análise de consumo de energia muito mais detalhada que usa o posicionamento e o roteamento, e a configuração lógica do projeto. A ferramenta pode usar formas de onda simuladas para estimar a potência dinâmica de forma precisa. O analisador de consumo de energia, no agregado, normalmente oferece uma precisão de ± 10% quando usado com informações de projeto precisas. Os modelos de consumo de energia do Quartus® Prime são estreitamente correlacionados com as medidas reais do chip de silício.

A Intel usa mais de 5.000 configurações de teste diferentes para medir a potência de componentes individuais em uma série de FPGAs Cyclone®. Cada configuração é focada em medir um único componente de circuito do FPGA em uma configuração específica.

Otimização de consumo do Quartus® Prime

Os detalhes de implementação do projeto podem melhorar o desempenho, minimizar a área e reduzir o consumo de energia. Historicamente, as concessões de desempenho e área tem sido automatizadas no nível de transferência entre registradores (RTL) através do fluxo de projeto de posicionamento e roteamento.

As ferramentas de otimização de consumo do software Quartus® Prime usam automaticamente os recursos da arquitetura FPGA Cyclone® IV para reduzir o consumo dinâmico de energia até 25% menor em comparação com o FPGA Cyclone® III.

O Software de desenvolvimento Quartus® Prime possui muitas otimizações de consumo de energia automáticas para o desenvolvedor, mas fornece uma utilização ideal da arquitetura do FPGA para minimizar o consumo de energia. Por exemplo, com o software Quartus® Prime, é possível:

• Transformar os principais blocos funcionais.
  
• Mapear as RAMs de usuário para que usem menos energia.
• Reestruturar a lógica para reduzir a potência dinâmica.
• Selecionar corretamente as entradas lógicas para minimizar a capacitância em redes com alta alternância.
• Reduz a área e a necessidade de fiação para a lógica do núcleo, de modo a minimizar a potência dinâmica no roteamento.
• Modificar o posicionamento para reduzir a potência de clocking.